高污秽环境对风力发电电气设备的影响

倪彬彬 王鑫

摘 要：近年来，我国经济快速发展，工业污染越来越严重，高污秽环境对风电场的安全运行产生极大的影响，文章研究了高污秽环境对风电场电气设备的影响，并提出相应的设计制造改进措施，以提高风电场的安全性能。

关键词：高污秽环境；风力发电；电气设备；影响

概述

随着经济的快速发展，工业企业的污染物排放量逐年增加，空气污染程度越来越大。大力发展风能等清洁能源是治理环境问题的有效手段，而环境的污染对电气设备的安全运行及清洁能源项目的发展构成了严重的阻碍，因此研究高污秽环境对电气设备的影响，从而在设计制造上做出相应的改进，对于清洁能源事业有着重要意义。

1 高污秽环境分析

1.1 高腐蚀性污染

盐雾指大气中由含盐微小液滴所构成的弥散系统。它的形成主要是海水激烈扰动、海浪拍岸、风浪破碎等产生微小的水滴，而后随气流升入空中并随风流动形成盐雾。近年来，随着近海风电场及海上风电的大力发展，盐雾的电气腐蚀问题将会日益凸显。

酸碱类污染主要来自于人类在生产和生活过程中向大气排放的污染物，特别是交通与工业废气的排放，这些污染物经过扩散、迁移和转化，最终形成了具有酸碱性的降水。

1.2 粉尘污染

粉尘主要指粒径小于75μm的固体悬浮物粒子。主要来源有以下两个方面：（1）自然因素形成：火山爆发、自然风化、森林火灾、沙尘暴等，具有偶然性、不可控性、局部性。（2）人类活动形成：工业生产及矿石燃料燃烧向大气中排放大量粉尘，是造成粉尘污染最主要的来源；交通工具排放的尾气；采暖锅炉、生活炉灶等。

1.3 高温高湿污染

中国地域辽阔，纬度跨度大，由此带来温度和湿度的变化也是巨大的。我国东南沿海地区属于亚热带季风气候，夏季有持续35℃以上的高温闷热天气，并且有较长的梅雨季节与台风季节，平均每月空气湿度达到85%。通常，当相对湿度大于80%时，称为高湿。

2 对电气设备的影响

2.1 高腐蚀性环境对电气设备的影响

酸、碱、盐等腐蚀性物质在潮湿环境中，能转化为强腐蚀性电解质，而电气内部回路常见的镀银或裸铜连接等处理工艺，对腐蚀性电解质非常敏感，其腐蚀性能引起化学腐蚀加速、金属电腐蚀，从而改变内部导线的物理性质和化学性质、触点的传导性等。而对于吸附在电气设备表面的腐蚀性电解质，如绝缘子的污秽层，受潮后其电导率会急剧增大，容易引发闪络事故[1]。

2.2 粉尘环境对电气设备的影响

风力发电电气设备需长时间在外面运行，空气中的粉尘经过长时间的积累会在其表面形成污秽层，当污秽层较为干燥时，其电阻较大，电气设备表面绝缘性能不变，当污秽层受潮时，其电解质溶解增加了表面电导率，导致泄漏电流增加，绝缘性能下降，最终导致绝缘子表面出现闪络放电。

粉尘堆积于电磁铁芯之间、电气开关的触头之间都会造成开关接触不良故障，导致电气控制系统不能稳定动作，从而引起单相运行触头粘连等现象，最终造成电气设备事故的发生。

电气设备的冷却是由风扇强迫冷却、通风道的排热以及机壳散热所完成的，而粉尘会造成通风道堵塞或在机壳上堆积，会使电气设备的温升比平常情况下高出10℃以上，造成电气设备运行温度过高，承载能力下降。

2.3 高温湿度环境对电气设备的影响

当空气相对湿度大于80%时，电气设备中的无机和有机材料构件由于受潮将会膨胀、增重、变形，加速腐蚀。如果绝缘材料选型或工艺处理不当，则绝缘电阻会快速下降，以致被击穿，为保证电气设备运行的可靠性与安全性，防潮湿设计显得特别重要。

高湿的环境也会使金属更易生锈，电器元件的生锈会造成电路开路和电气参数改变等故障，机械部分生锈会使运转不灵活，机件强度下降，增加设备负荷，引起故障。

在高温环境下，电气设备工作温度较高且又难于散热，容易导致绝缘材料老化，严重时发生漏电短路或触电事故，造成安全隐患。

3 风电场实例及原因分析

2013年2月18日，龙里草原风电场某箱变高压室35kV电缆头A相铜屏蔽层同B相避雷器闪络放电，造成草原升压站内保护动作，全场失电。分析认为：龙里草原风电场地处贵州省龙里县草原乡，海拔高度1600米左右，平均湿度83%；事发当晚为雷阵雨天气，空气湿度95%以上；箱变的整体防护等级不低于IP56，35kV避雷器型号HY5WZ-51/134，为普通敞开式避雷器；避雷器、35母排、35kV电缆头安装距离均满足规范要求；但因当地空气湿度很大，加上当晚雷电天气，35kV线路或风机遭受雷击，高压、潮湿空气造成避雷器裸露部分同35kV电缆头铜屏蔽层放电闪络。改进措施：针对龙里地区高海拔、常年空气湿度大、季节性雷雨多发等气候特点将箱变高压侧35kV避雷器设为全封闭型，并注意避雷器与电缆的距离。由此可见，高污秽造成的电气设备故障可能造成严重损失，因此只有在电气设备制造过程中针对其使用环境的特征进行合理设计才能防范故障事件的发生。

4 针对高污秽环境的设计制造关键点

4.1 防腐蚀设计

对于高污秽环境下的电气设备的防腐蚀设计，是高污秽环境下产品设计的重点和难点。其涉及涂敷工艺的选择、导体连接防蚀、绝缘方法的选择等制造工艺范畴。（1）电气设备尽可能安装在室内，对于室外的电气设备，外壳应采用不锈钢板或热镀锌板。（2）电气机柜达到IP54以上的防护标准，对于大功率的电气设备，尽可能采用水冷方式，避免因通风设计造成的防护等级的降低，为减少盐雾的侵蚀，使电气设备在密封的柜体中工作。（3）在电气设备安装时，通过在导电端子搭接处的接触面涂敷导电膏，起到抗盐雾腐蚀的作用。（4）采用复合材料绝缘子，相比于瓷绝缘子具有重量轻、体积小、耐污性等优点[2]。

4.2 防粉尘设计

粉尘对电气设备的影响主要体现在降低其绝缘性能，因此防粉尘设计主要从增加绝缘距离考虑。（1）加装爬距增长器，其原理是采用新型热缩材料，加装于绝缘子表面，从而增大绝缘爬距，阻断污物的连接来达到防闪络的效果。（2）采用复合材料绝缘子，其所需的爬距比玻璃和瓷绝缘子所需要的爬距平均减小30%。（3）合理配置爬距，对于粉尘污染比较严重的地区，其外绝缘爬距取中、上限，只有外绝缘爬距与污染等级相适应，才能有效地预防绝缘闪络跳闸事故[3]。

4.3 防潮湿设计

由于风电场所处环境通常属于季节性雷雨多、常年空气湿度大的地区，而潮湿带来的绝缘击穿造成的短路事故往往后果严重，因此防潮湿设计也极为重要。（1）采用吸湿性较低的电子元器件和结构材料。（2）对局部防潮要求高的器件（如避雷器）采用密封结构。（3）改善整机使用环境，如采用安装加热去湿装置、空调等。（4）对于不经常使用的设备，应在电气设备机柜内放置适量干燥剂，然后用防尘罩套好。

5 结束语

在开发利用清洁能源时，首先应充分了解并掌握当地的地理气象资料，并在设计过程中综合考虑环境因素对电气设备安全运行的不利影响，由于各地环境因素各不相同，防止出现设计上照办与套用，做好技术经济比较，合理选型，实现经济性与安全性的平衡，才能从根本上保证清洁能源事业的良好发展。

参考文献

[1]王朝旭.沿海绝缘子污闪特点及防范措施[J].电磁避雷器，1999（1）：15-18.

[2]张国光.输配电线路防止盐雾腐蚀方法[J].大众用电，2009（1）：30-31.

[3]石世峰.变电站绝缘设备的污闪及防治措施[J].山西电力，2004（2）：47-49.

作者简介：倪彬彬（1989，10-），男，籍贯：江苏省张家港市，现职称：助理工程师，学历：硕士，研究方向：电气设备检验与监理。