浅谈封闭母线防止凝露的方法

福建福海创石油化工有限公司 席中山

1 封闭母线产生凝露的危害

由于离相封闭母线是一种密闭的管道，当运行条件改变或气候条件变化时，内部易产生结露现象，从而降低母线绝缘性能。严重时可引发单相接地事故，给发电企业的安全运行带来隐患。

2 封闭母线产生凝露的原因

2.1 运行温度

机组运行时，母线内导体和外壳的温度较高。而机组停机后，母线内导体和外壳的温度将快速下降。正常运行时，母线内空气温度为70℃左右，每立方米空气中饱和水蒸气密度为196.8克，而机组停机后（以环境温度20℃为例）母线内的空气温度则将为20℃，每立方空气饱和水蒸气密度为17.28克。即母线内的空气温度有正常运行的70℃下降到20℃时，每立方米空气中将有179.52克液态水析出。这些水将严重的影响母线和外壳之间的绝缘，导致绝缘降低或击穿。

2.2 潮气浸入

发电机每次停机检修或临修，封闭母线易被空气中的潮气、雨水、浓雾等侵入，造成停机受潮，每次开机均需处理封闭母线的绝缘，严重时影响按时开机。阴雨天开机时封闭母线的绝缘往往更是不合格，造成开机时间延迟。

2.3 封闭母线密封性差

封闭母线的母线筒是密封的，但很多发电企业封闭母线筒不能做到完全密封。常见原因如下。

2.3.1 封闭母线自身结构的缺陷

每段封闭母线有外壳、导体、绝缘子3部分组成，外壳与导体通过绝缘子将位置相对固定，为达到封闭母线良好密封，绝缘子底座应与底座铝盖板之间接触面紧密，并增加接触面圆形橡胶垫圈。但橡胶垫圈老化或脏污容易影响其密封性。

2.3.2 封闭母线的焊接质量差

由于封闭母线大部分的连接是通过焊接（包括制造厂的连接），而封闭母线的外壳为铝材，铝板易和氧起作用，在其表面生成一层致密而又难熔的氧化膜，且氧化膜的比重也大，不易浮出熔池而形成焊缝夹渣；另外，液态铝可溶解大量氢气，固态铝几乎不溶解氢，因此熔化的焊缝金属快速冷却与凝固时，氢气来不及析出，容易在焊缝中聚集形成气孔；焊接环境潮湿等因素也会影响焊接处的密封性能。

2.3.3 长度运输问题

由于封母很长，不可能在出厂前直接焊接。只能分段运输到现场焊接组装。途中颠簸碰撞便会导致封母变形，安装时无法严丝合缝。

2.3.4 现场装配不到位

受限于安装单位技术水平和施工位置，在现场安装时可能出现应该在封母内部打胶的地方不打胶、应该加装石棉垫的地方不加装、应该安装密封圈的地方不安装等问题。由于个别区域位置较为隐蔽，不便于验收，可能存在验收忽略的情况。

2.3.5 不规范的操作

封母组装完毕后施压发现处处漏气，此时已经来不及卸下来重新组装。大多安装单位的常规的做法就是在漏气点外面涂抹大量的密封胶。这种做法可以临时解决漏气问题，但时间一长，由于封母内压力作用、封母壳体受温度影响变化、密封胶老化与开裂，致使这些漏气点再次出现[1]。

2.3.6 劣质的密封材料。包括：石棉垫、密封圈、盘套等等，这些材料一定时间后会失去密封效果。

2.3.7 抽头出线处密封不严。应采用绝缘板上加装接线柱的方法将内外出线相接。

3 封闭母线解决凝露的常用办法

为防止封闭母线内凝露，结缘低等问题，通常会采用以下几种方法。

3.1 封闭母线外壳内通自然风

应用此种方式，一般是在机组停机后和在开机前，为解决封闭母线固体绝缘而采取的一种临时措施。这种方法比较简单，能有效解决机组开机前封闭母线绝缘电阻较低而影响开机的问题。但这种方法并不能解决封闭母线外壳内空气相对湿度大的问题。适用性较差，不能使用与特别潮湿的环境情况。如海边、水电站旁等。

3.2 封闭母线外壳内充热风

这种方法是在封闭母线的充气管路中加装热风保养装置，在发电机开机前1-2小时投入热风保养装置，将干燥的热风通入母线夹层，快速的置换出母线内的潮湿空气，50-110分钟后关停热风保养装置启动发电机。这种方法比自然通风有所改进，通入的热风能驱走部分潮湿空气，还能提高母线内空调的饱和含湿值，降低相对湿度，使封闭母线的绝缘很快建立起来。但是，由于母线内导体及外壳均为铝制，传热效果好，散热快。故一旦停止加热或沿母线方向距离加热点较远时会出现降温。随着温度的降低，空气中的水蒸气将重新凝结成液态水，从而产生母线分段绝缘不合格的情况。另一方面，当母线内部湿度很大时，在外部气温降低的过程中，由于内部温度的升高，就会出现外壳内壁表面空气降低到露点温度的逆效应。母线内壁表面产生水滴凝结，严重影响母线的绝缘。

3.3 封闭母线外壳内充微正压干燥空气

这种方法在国内比较常用，是对封闭母线外壳内充入经微正压装置过滤后的干燥、清洁空气。并使封闭母线外壳内的空气压力略高于外界大气压，一般为 300-2500Pa，形成气封的作用。这样，外界潮湿空气及灰尘就不能进入封闭母线外壳，从而保证了封闭母线的绝缘要求。

现国内微正压装置按干燥方式大体分为冷冻干燥式与高效分子筛干燥式。冷冻干燥式输出气体干燥度露点为-15℃，适用于南方发电企业选配。高效分子筛干燥式输出气体干燥度露点：最高可达-70℃。

3.3.1 冷冻干燥式微正压装置

压缩空气中水蒸气的量是由压缩空气的温度决定的：在保持压缩空气压力基本不变的情况下，降低压缩空气的温度可减少压缩空气中的水蒸气含量，而多余的水蒸气会凝结成液体。冷冻净化干燥方式就是利用这一原理采用制冷技术干燥压缩空气的[2]。

冷冻净化干燥方式的制冷系统属于压缩式制冷，由制冷压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀等四个基本部件组成。它们之间用管道依次连接，形成一个密闭的系统，制冷剂在系统中不断地循环流动，发生状态变化并与压缩空气和冷却介质进行热量交换。工作过程如下（图1）。

图1 冷冻干燥装置制冷系统流程图

制冷压缩机将蒸发器内的低压（低温）制冷剂吸入压缩机汽缸内，制冷剂蒸汽经过压缩，压力、温度同时升高；高压高温的制冷剂蒸汽被压至冷凝器，在冷凝器内，温度较高的制冷剂蒸汽与温度比较低的冷却水或空气进行热交换，制冷剂的热量被水或空气带走而冷凝下来，制冷剂蒸汽变成了液体。这部分液体再被输送至膨胀阀，经过膨胀阀节流成了低温低压的液体并进入蒸发器；在蒸发器内低温、低压的制冷剂液体吸收压缩空气的热量而汽化（俗称“蒸发”），而压缩空气得到冷却后凝结出大量的液体水；蒸发器中的制冷剂蒸汽又被压缩机吸走，这样制冷剂便在系统中经过压缩、冷凝、节流、蒸发这样四个过程，从而完成了一个循环。

在冷冻干燥装置的制冷系统中，蒸发器是输送冷量的设备，制冷剂在其中吸收压缩空气的热量，实现脱水干燥的目的。压缩机是心脏，起着吸入、压缩、输送制冷剂蒸汽的作用。冷凝器是放出热量的设备，将蒸发器中吸收的热量连同压缩机输入功率转化的热量一起传递给冷却介质（如水或空气）带走。膨胀阀/节流阀对制冷剂起节流降压作用、同时控制和调节流入蒸发器中制冷剂液体的数量，并将系统分为高压侧和低压侧两大部分。冷冻净化干燥方式装置还包含能量调节阀、高低压保护器、自动排污阀、控制系统等部件。

利用冷冻净化干燥方式原理生产出的封母微正压装置，输出干燥气体露点可达-15℃（加压露点2～10℃〔进气温度＜50℃〕），但由于其没有压缩空气损耗也被广泛采用。

3.3.2 高效分子筛干燥式微正压装置

高效分子筛干燥方式是通过“压力变化”来达到干燥效果。由于空气容纳水汽的能力与压力呈反比。其干燥后的一部分干燥空气（称为再生气）减压膨胀至大气压，这种压力变化使膨胀空气变得更加干燥，然后让它流过未接通气流的需再生的干燥剂层（即已吸收足够水汽的干燥塔），干燥的再生气吸出干燥剂里的水分，将其带出干燥剂来达到脱湿干燥的目的。高效分子筛干燥方式是利用无热再生，变压吸附的原理工作的。这种干燥方式一般要消耗15%左右的再生压缩空气。但由于其输出干燥气体露点很高最高可达：－70℃，实用度高。

3.4 封闭母线外壳加装恒温加热装置

这种方法是在封闭母线外壳上加装电加热装置。由于封闭母线是从发电机连至变压器等设备，电加热器装置需要沿封闭母线布置方向依次加装。在开机前先通电加热装置，给封闭母线加热，以提高封闭母线的绝缘电阻。但空气中的水分并没有去除，成较高，布置较为困难，故采用较少。

3.5 风循环式空气干燥、净化装置

将封闭母线在适当的位置连通，使干燥、净化的空气在封闭母线中行程闭路循环，在空气循环过程中，母线内的空气被连续干燥、净化，不断的除湿。当母线内空气达到一定洁净程度时，设备停止循环。这种方法可有效除湿，但运行成本高，且制造、生产和现场安装中对母线外壳的气密性要求苛刻。一般用于大型临界、超临界、超超临界机组的封闭母线保护中。

3.6 采用憎水性绝缘子

即将母线与外壳之间的绝缘子采用具有憎水性能的绝缘子。当外壳内的空气结露时，绝缘子的绝缘性能不受影响。但由于该绝缘子采用有机材料制成，在高温下容易老化，使用寿命经受影响。该种方法只是提高了母线内绝缘子的固体绝缘，不能解决母线内空气相对湿度大的问题。如遇阴雨天开机，此方法效果不明显，目前国内只有极少数企业采用。

4 新技术

众所周知，封闭母线筒的构造由屋内、屋外两大部分构成，屋内与屋外由穿墙搁板隔离，屋内、外封母筒内缝隙很小（注：微正压装置必须对屋内屋外封母分别供气）。由于封闭母线材质为铝，加之我国气候的特殊性，屋外部分极易受温度影响。温度的变化（尤其北方冬季）加之充入封闭母线筒内的气体干燥度不合格势必造成封母外壳内壁结露、盘套积水等，造成屋外部分封闭母线筒内相对湿度降低，给封闭母线运行安全带来隐患。由于屋外封闭母线筒内的气体干燥情况看不见、摸不着，故封母防结露在线监测装置孕育而生。

母防结露在线监测装置是专门针对国内外发电企业封闭母线最新研发生产的智能型监测装置。该装置可大大降低封母闪烙、结露等情况的发生，是所有发电企业封闭母线不可或缺的新型智能监测装置。本装置可分别对A、B、C 三相封闭母线筒内的气体干燥度情况实时监测、独立显示；并具有声光告警功能、数据远传功能、自动排气功能。本装置是通过分别安装在A、B、C 三相封母筒末端上的三个进口精密探头对各相封母筒内的干燥度情况进行实时监测，并通过三块精密仪表单独就地显示与控制。例如：当A 相封母监测仪表检测到A 相封母内的气体干燥度低于设定值时，A 相告警指示灯、蜂鸣器开启，安装在A 相末端的泄压阀自动打开，将超标气体排出，气体达标后，声光告警停止，泄压阀自动关闭。

5 结语

综上所述，我们应在了解封闭母线凝露的原因，分析出结果，采用针对性的防凝露装置才能有效的减少母线凝露造成的危害。配上合适的监控设备，能进一步完善母线的保养保护，为安全生产提供更好的条件。