水電站封閉母線微正壓裝置運(yùn)行情況與改造研究

任冬

摘 要：現(xiàn)階段，我國大部分水力發(fā)電站的發(fā)電機(jī)組，離相封閉母線采用微正壓裝置給母線內(nèi)供氣。然而由于某些微正壓裝置設(shè)計(jì)的不科學(xué)，設(shè)備配置相對偏低等原因，經(jīng)常造成微正壓裝置運(yùn)行時出現(xiàn)各種故障，嚴(yán)重影響電站運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。因此，通過分析電站封閉母線微正壓裝置的運(yùn)行狀況，對其實(shí)施改造，從而確保電站安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：電站；封閉母線；微正壓裝置；改造

近幾年，隨著大型機(jī)組的投運(yùn)，發(fā)電機(jī)離相封閉母線微正壓裝置的應(yīng)用越來越普遍。由于離相封閉母線是相對密閉的，在外界溫度降低或負(fù)荷電流減小導(dǎo)致母線的溫度下降時，封閉母線內(nèi)部氣壓會隨之降低，相對密閉的離相封閉母線就會吸入空氣。而空氣中可能含有水分或者灰塵等，從而導(dǎo)致封閉母線整體對地絕緣降低，嚴(yán)重影響封閉母線運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性。為了能夠避免外界空氣等進(jìn)入到封閉母線內(nèi)，通常給封閉母線配備微正壓裝置。微正壓裝置是向封閉母線的內(nèi)部供入純凈合格的壓縮空氣，并利用自動控制裝置進(jìn)行調(diào)壓，使封閉母線內(nèi)的空氣壓力略微高于外界大氣壓形成氣封，從而確保封閉母線的整體絕緣水平，但是如果封閉母線微正壓裝置在運(yùn)行中存在問題，就會直接影響電站機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，因此，應(yīng)該對微正壓裝置進(jìn)行改進(jìn)與完善。

1 概述

某電站安裝了數(shù)臺水輪發(fā)電機(jī)組，主接線采用單機(jī)單變通過全連式離相封閉母線連接構(gòu)成聯(lián)合單元接線。封母主母線從發(fā)電機(jī)的出線端引出至主變壓器低壓側(cè)，封母分支母線連接相關(guān)設(shè)備如勵磁變壓器、制動開關(guān)、廠用變壓器等。為了防止外界空氣或者灰塵等進(jìn)入母線內(nèi)導(dǎo)致母線整體絕緣水平降低，每臺機(jī)組都在發(fā)電機(jī)出口處配備了一套獨(dú)立的微正壓裝置給封閉母線內(nèi)部供氣。供氣氣源為技術(shù)供氣，與機(jī)組強(qiáng)迫補(bǔ)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)為同一氣源。微正壓裝置對氣源進(jìn)行過濾、干燥、兩級減壓處理后將高于大氣500-1500Pa、露點(diǎn)為-40℃（常壓）的氣體送入母線內(nèi)，維持母線內(nèi)微正壓，阻止母線外部空氣進(jìn)入母線。

2 微正壓裝置功能簡介

微正壓裝置將高壓的工業(yè)用氣，通過減壓、過濾、干燥等處理，變成略高于大氣壓的干燥氣體，并送入母線內(nèi)。有效防止溫差引起母線的支撐絕緣子結(jié)露及外界灰塵進(jìn)入導(dǎo)致母線整體絕緣水平降低。微正壓裝置是由氣路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，氣體首先通過微正壓裝置前端的過濾調(diào)壓閥將0.4-0.7MPa壓力的氣體送入空氣凈化器，然后由空氣凈化裝置對氣體進(jìn)行過濾和干燥，獲得符合要求的氣體。然后再通過兩級減壓（壓力約300-1500Pa）和安全釋放閥向母線供氣，維持母線內(nèi)為微正壓狀態(tài)。當(dāng)母線內(nèi)壓力低于300Pa時，低壓控制開關(guān)吸合，微正壓系統(tǒng)啟動，燈光指示低壓信號；當(dāng)母線內(nèi)壓力超過1500Pa時，高壓控制開關(guān)吸合，微正壓裝置停止供氣，燈光指示高壓信號；當(dāng)高壓控制開關(guān)出現(xiàn)故障時，母線內(nèi)空氣壓力超過1800Pa時，安全閥啟動自動釋放壓力。

3 封閉母線微正壓裝置運(yùn)行存在的問題

該電站每臺機(jī)組都配備了封閉母線微正壓裝置，但微正壓裝置在運(yùn)行過程中，始終存在一些問題。首先，微正壓設(shè)備的干燥塔采用焊接密封，不能更換干燥劑，只能整體更換干燥塔，拆除不便，維護(hù)成本高，同時也造成了不必要的浪費(fèi)。其次，氣源質(zhì)量較差，微正壓設(shè)備中多次發(fā)生積水積油現(xiàn)象，導(dǎo)致干燥塔中干燥劑污染失效，從而造成微正壓裝置不能正常運(yùn)行。

4 微正壓裝置的改造分析

4.1 更換微正壓裝置干燥塔內(nèi)的干燥劑

更換干燥塔中的干燥劑，干燥劑是分子篩或活性氧化鋁，根據(jù)干燥劑的使用規(guī)定，干燥劑根據(jù)現(xiàn)場氣源的情況，運(yùn)行的年限通常在5至10年之間。因?yàn)樵撾娬镜臍庠促|(zhì)量相對不穩(wěn)定，尤其是微正壓裝置經(jīng)常發(fā)生積水和積油問題，所以應(yīng)該對干燥劑進(jìn)行及時和有效更換。

4.2 對微正壓裝置的干燥塔進(jìn)行改造

由于微正壓設(shè)備的干燥塔采用焊接密封，不能更換干燥劑，只能整體更換干燥塔，拆除不便，維護(hù)起來也復(fù)雜。因此，為了能夠便于進(jìn)行維護(hù)，針對微正壓裝置的干燥塔實(shí)施了改造，即把焊接密封的干燥塔更換成可拆卸式的干燥塔并與管路采用活接頭連接，從而便于運(yùn)行中更換干燥劑。

4.3 微正壓裝置配置獨(dú)立氣源

該電站封閉母線微正壓供氣系統(tǒng)與機(jī)組強(qiáng)迫補(bǔ)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)由同一氣源（噴油潤滑螺桿空壓機(jī)）供氣，而油潤滑螺桿空壓機(jī)提供的氣體含油量一般為3ppm左右（油潤滑空壓機(jī)的固有特性），即使在微正壓儲氣罐出口設(shè)有冷凍干燥機(jī)和除油過濾器，但仍不能完全濾除壓縮空氣中的油霧和水份，從而使微正壓干燥塔內(nèi)分子篩遇油后在短時間內(nèi)失去干燥除水功能，導(dǎo)致含油、含水氣體進(jìn)入封閉母線內(nèi)，影響封閉母線安全穩(wěn)定運(yùn)行。為確保封閉母線長期安全穩(wěn)定運(yùn)行，徹底消除安全隱患，便對該電站機(jī)組封閉母線微正壓裝置氣源實(shí)施了優(yōu)化改造。即在微正壓儲氣罐進(jìn)口管道上加裝一臺水冷式無油潤滑螺桿空壓機(jī)，作為主供氣源單獨(dú)為微正壓供氣系統(tǒng)儲氣罐供氣，在強(qiáng)迫補(bǔ)氣供氣總管與微正壓儲氣罐進(jìn)口管之間加裝一套除油精度為0.005ppm的高精度濾過器（備用氣源），當(dāng)無油空壓機(jī)故障或檢修時，通過強(qiáng)迫補(bǔ)氣系統(tǒng)為微正壓供氣系統(tǒng)儲氣罐供氣。

4.4 對微正壓裝置進(jìn)行整體更換

由于該電站所使用的微正壓裝置比較陳舊，且經(jīng)過多年的運(yùn)行之后，零部件有不同程度的損壞，從而造成性能的不穩(wěn)定。因此將損壞的舊設(shè)備進(jìn)行更換，采用性能良好的新型設(shè)備?，F(xiàn)該電站已將原有的老舊干燥設(shè)備更換為新型的HAD無熱再生吸附式干燥機(jī)。這種干燥機(jī)是一種利用多孔性固體物質(zhì)表面的分子力來吸取氣體中的水分，從而獲得較低露點(diǎn)溫度、干燥、潔凈氣體的凈化設(shè)備。它采用孔徑與水分子直徑相近的活性氧化鋁為吸附劑，采用國際上最先進(jìn)的變壓吸附原理，在常溫下吸附時，空氣中水分子的分壓力大于吸附劑中水分子的分壓力，水分子進(jìn)入吸附劑內(nèi)部，在吸附劑的表面冷凝成水滴，并放出冷凝熱，將此熱量蓄于吸附塔的上部。再生時，大約15%左右的干燥空氣經(jīng)針閥進(jìn)入常壓下的再生筒，使吸附劑中的水分子逸出，同時蓄于吸附塔內(nèi)的熱量有助于解析。吸附劑經(jīng)過吸附、再生、吸附循環(huán)使用，對壓縮空氣進(jìn)行連續(xù)不斷的吸附干燥處理從而獲得深度干燥的氣體，該產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)，已達(dá)到國外同類機(jī)型水平，因此是希望獲得-23℃以下壓力露點(diǎn)氣源用戶的首選設(shè)備。

4.5 改造效果

封閉母線的微正壓系統(tǒng)穩(wěn)定與安全運(yùn)行作為電站出口封閉母線絕緣的關(guān)鍵保障。老舊吸附方式的微正壓設(shè)備因?yàn)橄到y(tǒng)設(shè)計(jì)不科學(xué)，設(shè)備的配置相對偏低等原因，導(dǎo)致運(yùn)行故障經(jīng)常發(fā)生，從而嚴(yán)重影響封閉母線的性能，還在一定程度上加大了封閉母線的運(yùn)行和維護(hù)成本。經(jīng)過對封閉母線微正壓裝置的更換、優(yōu)化和改造后，電站運(yùn)行的可靠性與安全性以及穩(wěn)定性都得到了明顯提升。因此，要重視微正壓裝置的優(yōu)化改造。

5 結(jié)束語

該電站在使用微正壓裝置的過程中，由于受到設(shè)備陳舊、設(shè)計(jì)不合理、氣源質(zhì)量差等的影響，遇到設(shè)備運(yùn)行時故障頻繁的問題，但在經(jīng)過優(yōu)化改造后，設(shè)備的安全穩(wěn)定性能都得到了非常好的提高。因此對電站微正壓裝置進(jìn)行優(yōu)化改造研究有著重要意義。

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