水布埡電站封閉母線(xiàn)的防結(jié)露設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介
王迪良 吳云翔
（長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，武漢 430010）
提 要 本文介紹了電站封閉母線(xiàn)防結(jié)露的幾種方法和水布埡電站封閉母線(xiàn)裝置的設(shè)計(jì)、計(jì)算
關(guān)鍵詞 母線(xiàn)、防結(jié)露
1概訴
水布埡電站采用的是高垂直段、長(zhǎng)距離封閉母線(xiàn)，母線(xiàn)洞斷面尺寸長(zhǎng)×寬=4×
5米，分為三段，即下水平段，長(zhǎng)度26.5米；垂直段，長(zhǎng)度117.4米；上水平段，長(zhǎng)度分別為：1#機(jī)118.1m、2#機(jī)79.9m、3#機(jī)42.2、4#機(jī)15.8m，計(jì)算總長(zhǎng)度為：1#機(jī)長(zhǎng)度262m；2#機(jī)長(zhǎng)度223.8m；3#機(jī)長(zhǎng)度186.1m；4#機(jī)長(zhǎng)度159.7m、母線(xiàn)和外殼的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1
表1
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額定電壓U（Kv） |
24 |
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額定電流I（A） |
14755（15500） |
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導(dǎo)體直徑DM(mm) |
Φ650 |
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導(dǎo)體厚度δK(mm) |
14 |
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導(dǎo)體電流密度(A/mm2) |
0.55 |
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外殼直徑DK(mm) |
Φ1200 |
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外殼厚度δK(mm) |
8 |
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外殼電流密度A/mm2 |
0.52 |
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母線(xiàn)洞巖石溫度（℃） |
18~20 |
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母線(xiàn)洞進(jìn)口氣溫（℃） |
30 |
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母線(xiàn)洞出口允許氣溫（℃） |
40 |
注：擴(kuò)括號(hào)中的數(shù)據(jù)為電壓降低時(shí)的電流，出現(xiàn)幾率很小
2問(wèn)題的提出
水布埡電站是調(diào)峰電站，發(fā)電機(jī)組的開(kāi)停比較頻繁，因此，母線(xiàn)和外殼的溫度的變化比較大。機(jī)組運(yùn)行時(shí)，母線(xiàn)和外殼的溫度較高，而機(jī)組停機(jī)時(shí)，母線(xiàn)和外殼的溫度將快速下降。正常運(yùn)行時(shí)的母線(xiàn)溫度為75~83℃、外殼溫度為56~65℃，最低可下降至20℃左右。
由于溫度的下降，母線(xiàn)和外殼之間的空氣溫度也由正常運(yùn)行時(shí)的67℃下降至20℃，因此，每公斤空氣的飽和含濕量由正常運(yùn)行時(shí)的最大可能值232.1g/kg下降至14.6g/kg（查i-d圖得出）。也就是說(shuō)母線(xiàn)和外殼之間最多將有217.5g/kg的液態(tài)水析出。這些水將嚴(yán)重破壞母線(xiàn)和外殼之間的絕緣。再次開(kāi)機(jī)時(shí)，將發(fā)生對(duì)地閃落，這是不允許發(fā)生的。
為了保護(hù)母線(xiàn)和外殼之間的絕緣，在機(jī)組運(yùn)行和停機(jī)時(shí)要采取措施防止空氣結(jié)露。
3防結(jié)露措施分析
3.1目前國(guó)內(nèi)外封閉母線(xiàn)防結(jié)露的幾種措施
1）封閉母線(xiàn)外殼內(nèi)通自然風(fēng)。
2）封閉母線(xiàn)外殼內(nèi)充熱風(fēng)。
3）封閉母線(xiàn)外殼內(nèi)充微正壓干燥空氣。
4）封閉母線(xiàn)外殼上裝恒溫加熱裝置。
5）設(shè)置降溫除濕裝置。
6）憎水性絕緣子
3.2對(duì)每一種防結(jié)露措施的分析
1）封閉母線(xiàn)外殼內(nèi)通自然風(fēng)
此種方式的應(yīng)用，一般是在機(jī)組停機(jī)后再開(kāi)機(jī)前，為解決封閉母線(xiàn)固體絕緣而采取的一種臨時(shí)措施。它的特點(diǎn)是方法比較簡(jiǎn)單，能有效解決機(jī)組開(kāi)機(jī)前封閉母線(xiàn)絕緣電阻較抵而影響開(kāi)機(jī)問(wèn)題。但是，這種方法并不能解決封閉母線(xiàn)外殼內(nèi)空氣相當(dāng)濕度大的問(wèn)題。特別是水布埡電站母線(xiàn)布置在洞中，周遍環(huán)境的濕度很大，所以自然空氣的相對(duì)濕度也很大，須通很大風(fēng)量才能提高封閉母線(xiàn)絕緣電阻。
2）封閉母線(xiàn)外殼內(nèi)充熱風(fēng)
這種方法比通自然風(fēng)有所改進(jìn)，通入的熱風(fēng)能去走一部分潮濕空氣，還能提高空氣的飽和含濕量值，降低相對(duì)濕度。使封閉母線(xiàn)絕緣很快建立起來(lái)。但是由于母線(xiàn)及外殼均為鋁制，傳熱效果好，散熱快，故一旦停止加熱或沿母線(xiàn)長(zhǎng)度方向距加熱點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)溫降。隨著溫度的降低，空氣中的水蒸氣將重新凝結(jié)成液態(tài)水。
3）封閉母線(xiàn)外殼內(nèi)充微正壓干燥空氣
這種方法在國(guó)內(nèi)封閉母線(xiàn)運(yùn)行中比較常用。它的方法是定時(shí)將封閉母線(xiàn)外殼內(nèi)充過(guò)濾后的干燥空氣，并使封閉母線(xiàn)外殼內(nèi)的空氣壓力略高于外界大氣壓，一般為300~2500Pa，這樣，外界潮濕的空氣及灰塵就不能進(jìn)入封閉母線(xiàn)外殼內(nèi)，從而保證封閉母線(xiàn)的絕緣。這種方法成本較高，并且在制造、生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)安裝中必須保證封閉母線(xiàn)外殼的氣密性。
4）封閉母線(xiàn)外殼上裝恒溫加熱裝置
此種方法就是在封閉母線(xiàn)外殼上加裝電加熱裝置，由于封閉母線(xiàn)是從發(fā)電機(jī)連至變壓器等設(shè)備，因此，電加熱裝置需沿封閉母線(xiàn)布置方向依次加裝。這樣在開(kāi)機(jī)前，為保證封閉母線(xiàn)絕緣電阻達(dá)到規(guī)定值，先將電加熱裝置接通電源，給封閉母線(xiàn)加熱以提高封閉母線(xiàn)絕緣電阻。由此看來(lái)，這種方法只能降低外殼內(nèi)空氣的相對(duì)濕度，從而提高封閉母線(xiàn)絕緣電阻，但空氣中水份并沒(méi)有去除，成本也較高，布置也較困難。
5）降溫除濕裝置
此種方法是將封閉母線(xiàn)外殼內(nèi)的空氣引至外面的冷卻裝置進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)，通過(guò)冷熱交換機(jī)理，將外殼內(nèi)空氣的水份除去后再充入，形成閉式循環(huán)。
這種方法可有效的除濕，但運(yùn)行的成本較高，并且在制造、生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)安裝中必須保證封閉母線(xiàn)外殼的氣密性。降溫設(shè)備的布置也需要較大的面積。
6）憎水性絕緣子
此種方法是將母線(xiàn)與外殼之間的絕緣子采用具有憎水性能的絕緣子，當(dāng)外殼內(nèi)空氣凝露時(shí)，絕緣子的絕緣性能不受影響。但由于該絕緣子是采用有機(jī)材料制成，在高溫情況下容易老化，使用壽命將受到影響。目前，國(guó)內(nèi)尚無(wú)使用壽命的具體數(shù)據(jù)。鑒于此，本工程暫不考慮。
4水布埡設(shè)計(jì)方案
綜上所述，參考其他已建成的電站的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，從幾種辦法的可靠性、實(shí)用性、降低制造和運(yùn)行成本、簡(jiǎn)化運(yùn)行管理等方面進(jìn)行分析后，推薦的防結(jié)露設(shè)計(jì)方案如下。
1）方案簡(jiǎn)介
在發(fā)電機(jī)組開(kāi)機(jī)前，將干燥的壓縮空氣（經(jīng)冷凍干燥機(jī)處理后）充入母線(xiàn)外殼，同時(shí)在外殼上設(shè)排放管，管口設(shè)閥門(mén)，在充氣時(shí)開(kāi)閥，驅(qū)趕并排放原有的冷濕空氣，防止結(jié)露的目的。當(dāng)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行后，空氣的溫度生高，不會(huì)結(jié)露，此時(shí)關(guān)閉放氣閥，停止充氣。直至下一次開(kāi)機(jī)前，再重復(fù)上述步驟。
冷凍干燥機(jī)是以冷熱交換機(jī)理，將壓縮空氣降溫，使空氣中的水蒸氣液化，并通過(guò)氣水分離裝置除去，從而達(dá)到干燥空氣的目的。目前，市場(chǎng)銷(xiāo)售的冷凍干燥機(jī)在7kg/cm2壓力時(shí)，露點(diǎn)溫度為3~10℃，當(dāng)空氣溫度升高到20℃并降壓充入母線(xiàn)外殼時(shí)，其相對(duì)濕度為：
φ=Pb1/Pb2·v2/v2·100％
式中：Pb1-----10℃空氣的飽和水蒸氣分壓力；
Pb120℃空氣的飽和水蒸氣分壓力；
V1/v2——壓縮空氣減壓前后的體積比，v1/v2=P2/P1·T1/T2
經(jīng)計(jì)算，充入空氣的相對(duì)濕度約為7.1％，可以充分保證母線(xiàn)的干燥。
2）充放空氣量的計(jì)算：
（1） 換氣體積
母線(xiàn)直徑650mm，外殼直徑1200mm，母線(xiàn)與外殼之間的空氣可流通，因此單相空腔體積按整個(gè)外殼內(nèi)空腔體積計(jì)算。每米的單相空腔體積為1.1304m3。每次充、放氣的換氣倍數(shù)可取1~3。
若按3倍體積/次換氣計(jì)算，每米的單相母線(xiàn)所需空氣體積為3×1.1304=3.39m3,每臺(tái)機(jī)組母線(xiàn)一次換氣體如下表（三相）
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機(jī)組號(hào) |
母線(xiàn)長(zhǎng)度m |
三相外殼空腔體積m3 |
一次換氣體積m3 |
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1#機(jī)組 |
262.0 |
888.2 |
2666.5 |
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2#機(jī)組 |
223.8 |
758.7 |
2276.0 |
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3#機(jī)組 |
186.1 |
630.9 |
1892.6 |
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4#機(jī)組 |
159.7 |
541.4 |
1624.2 |
如按1倍體積/次換氣計(jì)算，則需氣量分別為上述數(shù)字的三分之一。
（2） 空壓機(jī)容量計(jì)算
按通常的發(fā)電機(jī)組開(kāi)、關(guān)機(jī)的間歇情況，母線(xiàn)的充放氣操作是有較充裕的時(shí)間的，如充氣過(guò)程按4小時(shí)、3倍體積/次換氣計(jì)算，則需氣量最大的1#機(jī)組充氣流量為
2666.5/4≈666.6m3/h=11.1 m3/min
由上述計(jì)算結(jié)果，決定選用排氣壓力7kg/ ㎝3,氣量6 m3/min的空氣壓縮機(jī)二臺(tái)作為母線(xiàn)防結(jié)露的氣源。
在此情況下，若充放棄時(shí)間只有2小時(shí)，則換氣倍數(shù)為1.5倍體積/次。
5結(jié)論
通過(guò)以上計(jì)算、分析，采用在機(jī)組開(kāi)機(jī)前向母線(xiàn)外殼空腔充入經(jīng)冷凍干燥處理后的空氣，以置換其原來(lái)的潮濕空氣的方法是可行的：水布埡母線(xiàn)防結(jié)露裝置的設(shè)備需配備二臺(tái) 6 m3/min的空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐和相配套的冷干機(jī)二套，以及鋼管，減壓閥等。并配合相應(yīng)的檢測(cè)和控制系統(tǒng)，可完成母線(xiàn)的防結(jié)露任務(wù)。 |
