电厂封闭母线绝缘下降的原因分析与处理措施

豆占良，张立功，宋柏阳

(神华国华(北京)电力研究院有限公司，北京100025)



电厂封闭母线绝缘下降的原因分析与处理措施

豆占良，张立功，宋柏阳

(神华国华(北京)电力研究院有限公司，北京100025)

摘要：大型发电厂封闭母线绝缘下降的现象时有发生，严重影响了电厂的安全生产。结合国华公司发生的封闭母线绝缘故障事件，从密封性能下降、内部结露、绝缘子或绝缘支架的绝缘性能不良以及固体物在内部形成搭接桥4方面出发，深刻剖析了封闭母线绝缘下降的原因。在此基础上，提出了提高密封性能、防止结露发生、增强绝缘材料性能以及减少搭接桥现象的措施。实践证明，采用这些措施后，封闭母线绝缘水平有了显著的提高。

关键词：封闭母线；密封性能；结露；绝缘子；搭接桥

0引言

在现代大型发电厂中，随着母线容量的不断增大，母线短路电动力和母线附近钢构件的发热大大增加。为了缓解上述问题，提高母线运行的可靠性，封闭母线(简称“封母”)被广泛应用。通常，发电机出口至主变低压侧、高厂变高压侧以及励磁变高压侧的引线回路采用分相封闭母线，高厂变和启备变的低压侧至高压厂用母线的引线回路采用共箱封闭母线[1]。

封闭母线具有许多运行优势，但封闭母线绝缘下降导致的机组跳机事故时有出现[2]。自2010年至今，共发生过7起因封闭母线绝缘故障而导致的非停事件。对各电厂封闭母线运行情况进行调查后发现，封闭母线在机组停运后绝缘大幅度下降的现象非常普遍，尤其是沿海地区的机组。非沿海地区的机组在大湿度天气时，绝缘下降也很明显。这严重影响了机组的正常启动，不利于电厂的安全生产。因此，解决封闭母线绝缘下降的问题，对于各发电公司来说具有深远意义。

1封闭母线绝缘故障造成的损失

以某公司发生的4起事故为例，从停电时间、损失电量和直观经济损失3方面，对封闭母线绝缘缺陷给电厂造成的损失总结如表1所示。

表1　封闭母线绝缘缺陷给电厂

2014年8月，A电厂4号机组厂用10 kV共箱母线B分支在检修作业完毕后恢复检查口盖板时，局部更换的密封条脱落，搭接在A相母线与外壳之间，形成搭接桥，导致A相接地故障，4号机组跳闸。

2013年5月，B电厂2号机组高厂变共箱母线外壳焊缝因金属疲劳产生裂纹，雨水从裂纹处进入箱内。箱内A相铝排热缩材料有破损，造成A相接地， 引起B，C相对外壳放电，2号机组跳闸。

2010年8月，C电厂4号机组励磁小间交流进线柜附近空调漏水，滴水渗入到励磁变低压侧共箱封闭母线绝缘隔板，致使绝缘隔板受潮，A相母线对地绝缘降低，造成转子接地保护动作，4号机组跳闸。

2010年8月，D电厂1号机组高厂变B相升高座上方封闭母线绝缘子法兰盘处的密封垫变形、老化，雨水沿着密封垫渗入到盆式绝缘子上方，造成定子接地保护动作，1号机组跳闸。

可见，封闭母线绝缘故障会给发电公司带来巨大损失。同时，其引起的非停事故给整个电力系统的安全、稳定和可靠运行造成的影响也是不容小觑的。

2封闭母线绝缘下降的原因剖析

通过对发生的封闭母线绝缘故障事件的分析可知，导致封闭母线绝缘下降的原因主要有4类：封闭母线密封性能下降；封闭母线内部结露；绝缘子或绝缘支架的绝缘性能不良；以及固体物在封闭母线内部形成搭接桥。

2.1密封性能下降

当封闭母线的密封性能下降之后，外部环境中的粉尘、污秽、潮气和水分等就会通过外壳上的渗漏点进入封闭母线内部。污染物会污染封闭母线内部空间，使空气中的导电物质成分增多，同时腐蚀母线导体、绝缘子和结构件等，在绝缘子表面上慢慢形成污秽层。当污秽层中具有导电性能的成分较多时，吸收潮气后，就会在绝缘子表面形成一层导电薄膜，导致封闭母线的绝缘水平降低，严重时会在运行电压下就发生闪络故障。

当封闭母线外壳上的渗漏点或裂纹较大时，雨水会沿着裂纹和渗漏点流入内部，直接造成接地短路。同时，封闭母线密封性能下降，导致大量潮气进入其内部，造成内部空气湿度增大，这也是导致内部发生结露现象的一个重要条件。

对各电厂封闭母线密封性能下降情况进行统计后发现，导致封闭母线外壳出现渗漏点的因素主要有以下几点。

(1)在封闭母线的制造过程中，外壳残留沙眼或焊接缺陷；分相封闭母线各段间在安装连接时残留焊接缺陷；共箱封闭母线在运输和安装中出现箱体变形。

(2)封闭母线的密封垫(圈)配置不全，固定不可靠，密封强度不足。

(3)由于系统电动力冲击、母线内外温差变化、土建基础位移、密封垫(圈)老化、密封胶老化等因素影响，导致封闭母线的密封结构被破坏。同时，定期检查与维护不到位，造成封闭母线出现渗漏点。

(4)微正压装置或热风循环保养装置等不能正确投运，有些存在故障，有些选型容量偏小，导致在渗漏点部位的微正压气密封补偿失效。

2.2内部结露

当封闭母线密封性能下降后，空气中大量的水分会通过封闭母线的渗漏点进入封闭母线内部。同时，当与封闭母线配套的冷凝式微正压装置的干燥系统损坏后，也会导致水分随着压缩空气被充入到封闭母线中。封闭母线运行过程中，内部的热空气吸收这些水分后，就可能成为饱和空气。

国标中规定，封闭母线的导体温度不得超过90 ℃，外壳温度不得超过70 ℃[3]。假设封闭母线满负荷时内部空气温度85 ℃，而且空气中水蒸气含量已饱和。当负荷下降时，导体上的负载电流和导体温度会下降，空气的饱和水蒸气密度也会相应降低[4]。这时会析出过量的水分，即封闭母线内发生结露现象。如果机组由运行状态直接到停机状态，则封闭母线中析出的水分会更多。在冬季时，还可能发生大量结冰现象。这些将严重影响封闭母线的绝缘水平。

空气被加热时，热空气会自然而然地吸收空气中的水分。如果封闭母线密封性能不良，内部的热空气会随着温度的升高，不断地吸收封闭母线外的水分，从而使自己尽量饱和[5]，然后随着温度下降，出现结露现象。在这个过程中，结露的发生主要取决于封闭母线内空气的湿度和温降。如果封闭母线密封性能良好，且与封闭母线配套的微正压装置、热风循环装置、加热装置、通风干燥装置等设备运行正常，便可以做到封闭母线内空气湿度无法达到饱和，温降也不会太大，从而可从根本上解决结露问题。

2.3绝缘子或绝缘支架的绝缘性能不良

在发电厂中，分相封闭母线以及共箱封闭母线中的矩形母线多采用支撑绝缘子来固定支撑母线，而共箱封母中的管型母线多采用绝缘支架。

在用户没有提出明确要求时，制造厂使用的绝缘子多为传统的瓷质绝缘子。瓷质绝缘子的憎水性弱，表面易吸收潮气，集结盐分和灰尘，形成导电薄膜后使绝缘子的爬电比距减小，从而使封闭母线的整体绝缘下降。此外，绝缘子与母线导体、外壳间多采用刚性连接。当母线受到电动力的冲击(例如送停电或发生短路)后，瓷质绝缘子易产生贯穿性裂纹或破裂，从而降低了其绝缘性能，存在很大的安全隐患。根据对几家电厂的调研，在多次检修封闭母线时都能发现个别瓷质绝缘子发生裂纹现象。

目前，封闭母线制造厂提供的绝缘支架多是由环氧树脂板切割而成，也有使用酚醛树脂和聚氯乙烯等有机绝缘材料的。环氧树脂板在切割后，如果绝缘处理不到位，易吸入水分，使绝缘性能下降。酚醛树脂和聚氯乙烯材料价格低，可以有效降低成本，但是存在抗老化性差和抗潮性不良的缺点，对封闭母线的安全运行非常不利。

2.4固体物在内部形成搭接桥

在封闭母线订货中，为了降低投资，母线导体往往没有设计采用绝缘包覆。即使采用了绝缘包覆，由于工艺不到位，也存在着绝缘薄厚不一的情况，从而遗留绝缘薄弱点。当一些具有导电性能的固体物在母线相间或相对地间形成搭接桥后，会造成接地短路故障。查阅该跳机事件记录后发现，搭接桥的形成多是人为疏忽所致。例如检修工作完成后，遗留工器具或导电材料在封闭母线内；密封条粘贴不牢固，脱落至母线和外壳之间；内部伴热带电源线绑扎到位，引起电线翘起。

3提高封闭母线绝缘的措施

3.1提高密封性能

3.1.1提高安装质量

在安装好封闭母线后，检查确保各密封圈(垫)齐全完整，固定可靠，并对封闭母线进行外壳气密试验，发现渗漏点后马上治理。同时，确保封闭母线外壳无变形损伤，检查封闭母线固定支架等支撑部位的受力情况，防止受力不均导致封闭母线裂损。

3.1.2加强巡视和维护

在运行和检修人员的定期巡(点)检工作中，检查确保外壳无变形、裂缝、漏水，各固定装置无松动，封闭母线盖板和手孔盖板固定良好。

在检修维护中，加强对封闭母线外壳的保护，不使其受到损伤和变形。对安装于室外的封闭母线，采取措施防止雨、雪、冰水的漏入。对空冷机组的空冷设备进行水冲洗时，采取防护措施避免污水侵入下部的封闭母线。在共箱母线外壳连接部位处加装防雨罩，并保证其全面和固定。对安装于室内的封闭母线，采取措施防止临近管道或天花板漏水的浸入。为防止共箱母线伸缩段的防渗漏措施不可靠，可将其改造成新型波纹管式伸缩段。

运行人员重点巡视微正压装置和热风循环装置等辅助设备，发现故障后，立即通知检修人员处理。如果发现设备启停频繁时，加强监视和分析，在封母停电后采取措施查找和处理渗漏点。

3.1.3停备时检查治理渗漏点

在封闭母线停备期间，检查盘式绝缘子、支撑绝缘子底座、盖板、窥视窗等部位的密封垫，若有缺失，进行补充；若有老化，进行更换；若有松动，进行固定。检查封闭母线外壳本体，若发现沙眼，进行补焊；若发现变形、裂损等情况，立即处理。检查固定支架等支撑部位的受力情况，避免受力不均匀的现象。同时，对分相封闭母线进行外壳气密性试验，对共箱封母进行淋水试验，最终确保封闭母线的密封性能合格。

3.1.4共箱封闭母线增设强迫微正压装置

从实际运行情况看，共箱封闭母线不如分相封闭母线可靠性高。为此，电厂可借鉴分相封闭母线的优势，为几段共箱封闭母线增设强迫微正压装置，实际运行后会发现这几段共箱封闭母线的密封性能将明显优于其他的。

3.2防结露措施

提高封闭母线的密封性能之后，进入封闭母线内的水分量会减少，从一定程度上可减少结露现象。从结露现象形成的原理出发，还可采取以下3方面的措施来防止结露的出现，降低结露的危害。

3.2.1提高封闭母线内部的干燥度

微正压充气是国内应用最普遍的防结露方法。利用微正压充气装置将干燥的空气充入母线，并保持母线内部的压力略大于户外空气的压力，杜绝潮湿的空气进入母线，从而提高内部干燥度。

闭式空气循环干燥装置是直接对封闭母线内部空气进行干燥的装置。其将传感器技术、计算机控制技术以及现代电子技术结合到一起，对封闭母线内部的空气湿度进行实时监测和显示，并不断对内部的空气进行循环干燥，从而将内部的空气湿度降到很低的水平。实际运行发现，即使封闭母线密封性能比较差，也能在一定程度上保证内部的干燥度[6]。

某电厂1号机组使用的微正压装置型号为FWK-I。该装置的主气源压力为0.5～0.7 MPa，充气流量≥1 m3/min。其干燥装置采用高效分子筛干燥方式，使得进入封闭母线的气体在标准大气压下露点低于-20 ℃。在机组起机时，投入微正压充气装置和空气干燥装置前后，运行人员对某段封闭母线对地绝缘电阻值进行了测量，具体数值如表2所示。由表2可知，微正压充气装置和空气干燥装置的效果很明显的，尤其是在阴雨或大雾等大湿度气候下。

表2　投入干燥装置前后封母的绝缘电阻值

3.2.2降低封闭母线内部温降速度

热风循环装置和电加热装置的结构都比较简单，但在控制封闭母线内部温降方面作用明显。电加热装置一般安装在母线绝缘子底部，通过电加热器和控制装置来控制发热量。热风循环装置在为封闭母线内部提供热量的同时，可以将导体产生的热量带走，使封闭母线内部温度均匀[7]。在停机或负荷剧烈下降时，这两个装置投入以后可以保证封闭母线内部空气温度不会快速降低，从而避免结露现象。此外，在启机前投入电加热装置，提高封闭母线内部的温度，也有助于驱赶内部潮气，保持内部干燥。

3.2.3装设排水设施

实际运行中，造成结露的因素很复杂，采取了各种措施后，仍存在少量结露的可能。为消除安全隐患，在分相封闭母线最低点的盆式绝缘子内法兰处加装排水引流槽及排水管，在共箱封闭母线水平段低洼部位及垂直段最低点设计排水管及阀门。运行人员在日常巡检时，尤其是环境潮湿或环境温差较大时，打开阀门进行排放检查，发现有水及时排放。

3.3加强绝缘子或绝缘支架的绝缘

3.3.1瓷质绝缘子表面涂RTV涂料

RTV涂料具有优良的憎水性和憎水迁移性[8]。瓷质绝缘子上喷涂RTV涂料后，由于憎水性，水分子在其表面难以形成连续的水膜，使表面的泄漏电流非常微弱，将大大提高封闭母线的对地绝缘；由于憎水迁移性，表面污秽层慢慢会由亲水性能变成憎水性能，绝缘子将表现出良好的耐污性。

为了验证RTV涂料的作用，选用X-4.5型陶瓷绝缘子为试品，用NaCl模拟试品表面污秽层的导电成分，分别在0.05，0.1，0.2，0.3和0.4 mg/cm25个等值盐密下，测量了涂有RTV和未涂RTV的试品的闪络电压，如图1所示。从图1可知，表面涂上RTV后，瓷质绝缘子的闪络电压有非常明显的提高。

图1　涂抹RTV前后绝缘子闪络电压的对比

3.3.2应用DMC绝缘子

DMC绝缘子也具有很好的憎水性和憎水迁移性，不易吸潮结露，不易集结盐分和灰尘，所以在表面不易形成导电水膜，绝缘电阻值高[9]。2003年10月某电厂将部分6 kV封闭母线的瓷质绝缘子更换成DMC绝缘子，表3为更换前后封闭母线的绝缘电阻值。由表3可知，更换DMC绝缘子之前，在阴雨天气下封母的绝缘值小于6 MΩ，不合格。更换后，在晴朗天气下封母的绝缘值达到2 500 MΩ。由于绝缘子未全部更换等原因，在阴雨天气下绝缘值有所下降，但仍然大于6 MΩ，在合格范围内。

表3　更换DMC绝缘子前后封母的绝缘电阻值

此外，DMC机械强度好，有塑性，不易涨破和裂纹。同时端部取消了金属件，由DMC原料一次模压成型，爬电比距很大。表4为DMC绝缘子与普通瓷质绝缘子爬电距离和爬电比距的对比情况。目前，DMC绝缘子比普通绝缘子昂贵，但它的寿命比较长。综合安全性、可靠性和经济性，将普通绝缘子更换为DMC绝缘子的方案还是非常合理的。

表4　DMC绝缘子和瓷质绝缘子爬

3.3.3规范绝缘支架的材质

选择绝缘支架时，淘汰酚醛树脂、聚氯乙烯等材料，选用耐污秽性好、憎水性强、不容易老化的材料，如DMC或新型配方的环氧树脂材料。在使用由环氧树脂板切割而成绝缘支架时，做好切面的防潮处理工作，避免吸入水分。

3.3.4加强检查和清扫

在机组计划检修期间，对封闭母线绝缘子和绝缘支架进行重点检查，检查表面的脏污情况和瓷质绝缘子的裂纹损伤情况。若发现脏污严重，及时清扫；若发现裂纹，立即更换。

3.4减少搭接桥现象

3.4.1提高母线导体的绝缘水平

在提高母线导体的绝缘水平方面，可采取以下两种方案。第一，在母线导体表面包覆绝缘热缩材料；第二，在母线导体表面喷涂绝缘材料。这样相当于在母线表面又增加了一个绝缘层，从而提高了母线的绝缘。即使有固体物搭在了母线上，也会降低造成相间短路或相对地短路的几率。

3.4.2加强施工质量管控

工作负责人严格落实安全交底职责，提高监护人和施工人员的工作责任心和安全意识。在工器具和施工材料点清之后，工作负责人、监护人和施工人员方可离开，从而从根本上避免检修后遗漏物品在封闭母线内。同时，认真做好作业人员的检修技能管控，避免因为检修技能不过关而导致密封条粘贴不牢固或绝缘层薄厚不一等问题。最后，在包覆绝缘热缩材料、喷涂绝缘材料、粘贴密封条和绑扎伴热电源线等关键检修工序处增设三级验收点，通过层层把关和验收，将风险降到最低。

为避免密封条脱落现象，可将封闭母线盖板处的条形密封条改造升级为V形插垫固定式密封条(如图2所示)，使密封条更加的牢固。

图2　V形插垫固定式密封条

4结论

封闭母线绝缘下降会给发电公司带来巨大损失，不利于电力系统的安全生产。国华公司各电厂的实践证明，通过采取文中所述的各种措施，从提高封母密封性能、防止封母内部结露、加强绝缘子或绝缘支架的绝缘水平、减少封母内部的搭接桥现象四方面出发，可以显著地提高发电厂内封闭母线的绝缘水平。

参考文献:

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Reasons and Treatment Measures for Insulation Decline of Enclosed Bus in Power Plant

DOU Zhanliang, ZHANG Ligong, SONG Baiyang

(Shenhua Guohua (Beijing) Electric Research Co., Ltd., Beijing 100025, China)

Abstract：Insulation deterioration of enclosed bus often occurs in the large power plant, which has seriously affected the safety operation of the plant. Combining with insulation fault events of enclosed bus occurred in Guohua company, the reasons for insulation deterioration of enclosed bus are analyzed from four aspects, sealing performance decline, internal condensation, poor insulation performance, and internal lap bridge. To improve sealing performance, prevent condensation, enhance insulation material properties and reduce internal lap bridge, some measures are suggested based on the reasons analyzed in this paper. After taking these measures, the insulation level of enclosed bus is improved significantly.

Keywords：enclosed bus; sealing performance; condensation; insulator; lap bridge

中图分类号:TM642

文献标识码:A

DOI:10.3969/j.issn.1672-0792.2016.02.007

作者简介：豆占良(1987-)，男，硕士研究生，从事电力系统变配电设备研究，E-mail:douzhanliang@163.com。

收稿日期：2015-08-04。