高污穢環(huán)境對風(fēng)力發(fā)電電氣設(shè)備的影響

倪彬彬 王鑫

摘 要：近年來，我國經(jīng)濟快速發(fā)展，工業(yè)污染越來越嚴重，高污穢環(huán)境對風(fēng)電場的安全運行產(chǎn)生極大的影響，文章研究了高污穢環(huán)境對風(fēng)電場電氣設(shè)備的影響，并提出相應(yīng)的設(shè)計制造改進措施，以提高風(fēng)電場的安全性能。

關(guān)鍵詞：高污穢環(huán)境；風(fēng)力發(fā)電；電氣設(shè)備；影響

概述

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，工業(yè)企業(yè)的污染物排放量逐年增加，空氣污染程度越來越大。大力發(fā)展風(fēng)能等清潔能源是治理環(huán)境問題的有效手段，而環(huán)境的污染對電氣設(shè)備的安全運行及清潔能源項目的發(fā)展構(gòu)成了嚴重的阻礙，因此研究高污穢環(huán)境對電氣設(shè)備的影響，從而在設(shè)計制造上做出相應(yīng)的改進，對于清潔能源事業(yè)有著重要意義。

1 高污穢環(huán)境分析

1.1 高腐蝕性污染

鹽霧指大氣中由含鹽微小液滴所構(gòu)成的彌散系統(tǒng)。它的形成主要是海水激烈擾動、海浪拍岸、風(fēng)浪破碎等產(chǎn)生微小的水滴，而后隨氣流升入空中并隨風(fēng)流動形成鹽霧。近年來，隨著近海風(fēng)電場及海上風(fēng)電的大力發(fā)展，鹽霧的電氣腐蝕問題將會日益凸顯。

酸堿類污染主要來自于人類在生產(chǎn)和生活過程中向大氣排放的污染物，特別是交通與工業(yè)廢氣的排放，這些污染物經(jīng)過擴散、遷移和轉(zhuǎn)化，最終形成了具有酸堿性的降水。

1.2 粉塵污染

粉塵主要指粒徑小于75μm的固體懸浮物粒子。主要來源有以下兩個方面：（1）自然因素形成：火山爆發(fā)、自然風(fēng)化、森林火災(zāi)、沙塵暴等，具有偶然性、不可控性、局部性。（2）人類活動形成：工業(yè)生產(chǎn)及礦石燃料燃燒向大氣中排放大量粉塵，是造成粉塵污染最主要的來源；交通工具排放的尾氣；采暖鍋爐、生活爐灶等。

1.3 高溫高濕污染

中國地域遼闊，緯度跨度大，由此帶來溫度和濕度的變化也是巨大的。我國東南沿海地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，夏季有持續(xù)35℃以上的高溫悶熱天氣，并且有較長的梅雨季節(jié)與臺風(fēng)季節(jié)，平均每月空氣濕度達到85%。通常，當相對濕度大于80%時，稱為高濕。

2 對電氣設(shè)備的影響

2.1 高腐蝕性環(huán)境對電氣設(shè)備的影響

酸、堿、鹽等腐蝕性物質(zhì)在潮濕環(huán)境中，能轉(zhuǎn)化為強腐蝕性電解質(zhì)，而電氣內(nèi)部回路常見的鍍銀或裸銅連接等處理工藝，對腐蝕性電解質(zhì)非常敏感，其腐蝕性能引起化學(xué)腐蝕加速、金屬電腐蝕，從而改變內(nèi)部導(dǎo)線的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)、觸點的傳導(dǎo)性等。而對于吸附在電氣設(shè)備表面的腐蝕性電解質(zhì)，如絕緣子的污穢層，受潮后其電導(dǎo)率會急劇增大，容易引發(fā)閃絡(luò)事故[1]。

2.2 粉塵環(huán)境對電氣設(shè)備的影響

風(fēng)力發(fā)電電氣設(shè)備需長時間在外面運行，空氣中的粉塵經(jīng)過長時間的積累會在其表面形成污穢層，當污穢層較為干燥時，其電阻較大，電氣設(shè)備表面絕緣性能不變，當污穢層受潮時，其電解質(zhì)溶解增加了表面電導(dǎo)率，導(dǎo)致泄漏電流增加，絕緣性能下降，最終導(dǎo)致絕緣子表面出現(xiàn)閃絡(luò)放電。

粉塵堆積于電磁鐵芯之間、電氣開關(guān)的觸頭之間都會造成開關(guān)接觸不良故障，導(dǎo)致電氣控制系統(tǒng)不能穩(wěn)定動作，從而引起單相運行觸頭粘連等現(xiàn)象，最終造成電氣設(shè)備事故的發(fā)生。

電氣設(shè)備的冷卻是由風(fēng)扇強迫冷卻、通風(fēng)道的排熱以及機殼散熱所完成的，而粉塵會造成通風(fēng)道堵塞或在機殼上堆積，會使電氣設(shè)備的溫升比平常情況下高出10℃以上，造成電氣設(shè)備運行溫度過高，承載能力下降。

2.3 高溫濕度環(huán)境對電氣設(shè)備的影響

當空氣相對濕度大于80%時，電氣設(shè)備中的無機和有機材料構(gòu)件由于受潮將會膨脹、增重、變形，加速腐蝕。如果絕緣材料選型或工藝處理不當，則絕緣電阻會快速下降，以致被擊穿，為保證電氣設(shè)備運行的可靠性與安全性，防潮濕設(shè)計顯得特別重要。

高濕的環(huán)境也會使金屬更易生銹，電器元件的生銹會造成電路開路和電氣參數(shù)改變等故障，機械部分生銹會使運轉(zhuǎn)不靈活，機件強度下降，增加設(shè)備負荷，引起故障。

在高溫環(huán)境下，電氣設(shè)備工作溫度較高且又難于散熱，容易導(dǎo)致絕緣材料老化，嚴重時發(fā)生漏電短路或觸電事故，造成安全隱患。

3 風(fēng)電場實例及原因分析

2013年2月18日，龍里草原風(fēng)電場某箱變高壓室35kV電纜頭A相銅屏蔽層同B相避雷器閃絡(luò)放電，造成草原升壓站內(nèi)保護動作，全場失電。分析認為：龍里草原風(fēng)電場地處貴州省龍里縣草原鄉(xiāng)，海拔高度1600米左右，平均濕度83%；事發(fā)當晚為雷陣雨天氣，空氣濕度95%以上；箱變的整體防護等級不低于IP56，35kV避雷器型號HY5WZ-51/134，為普通敞開式避雷器；避雷器、35母排、35kV電纜頭安裝距離均滿足規(guī)范要求；但因當?shù)乜諝鉂穸群艽?，加上當晚雷電天氣?5kV線路或風(fēng)機遭受雷擊，高壓、潮濕空氣造成避雷器裸露部分同35kV電纜頭銅屏蔽層放電閃絡(luò)。改進措施：針對龍里地區(qū)高海拔、常年空氣濕度大、季節(jié)性雷雨多發(fā)等氣候特點將箱變高壓側(cè)35kV避雷器設(shè)為全封閉型，并注意避雷器與電纜的距離。由此可見，高污穢造成的電氣設(shè)備故障可能造成嚴重損失，因此只有在電氣設(shè)備制造過程中針對其使用環(huán)境的特征進行合理設(shè)計才能防范故障事件的發(fā)生。

4 針對高污穢環(huán)境的設(shè)計制造關(guān)鍵點

4.1 防腐蝕設(shè)計

對于高污穢環(huán)境下的電氣設(shè)備的防腐蝕設(shè)計，是高污穢環(huán)境下產(chǎn)品設(shè)計的重點和難點。其涉及涂敷工藝的選擇、導(dǎo)體連接防蝕、絕緣方法的選擇等制造工藝范疇。（1）電氣設(shè)備盡可能安裝在室內(nèi)，對于室外的電氣設(shè)備，外殼應(yīng)采用不銹鋼板或熱鍍鋅板。（2）電氣機柜達到IP54以上的防護標準，對于大功率的電氣設(shè)備，盡可能采用水冷方式，避免因通風(fēng)設(shè)計造成的防護等級的降低，為減少鹽霧的侵蝕，使電氣設(shè)備在密封的柜體中工作。（3）在電氣設(shè)備安裝時，通過在導(dǎo)電端子搭接處的接觸面涂敷導(dǎo)電膏，起到抗鹽霧腐蝕的作用。（4）采用復(fù)合材料絕緣子，相比于瓷絕緣子具有重量輕、體積小、耐污性等優(yōu)點[2]。

4.2 防粉塵設(shè)計

粉塵對電氣設(shè)備的影響主要體現(xiàn)在降低其絕緣性能，因此防粉塵設(shè)計主要從增加絕緣距離考慮。（1）加裝爬距增長器，其原理是采用新型熱縮材料，加裝于絕緣子表面，從而增大絕緣爬距，阻斷污物的連接來達到防閃絡(luò)的效果。（2）采用復(fù)合材料絕緣子，其所需的爬距比玻璃和瓷絕緣子所需要的爬距平均減小30%。（3）合理配置爬距，對于粉塵污染比較嚴重的地區(qū)，其外絕緣爬距取中、上限，只有外絕緣爬距與污染等級相適應(yīng)，才能有效地預(yù)防絕緣閃絡(luò)跳閘事故[3]。

4.3 防潮濕設(shè)計

由于風(fēng)電場所處環(huán)境通常屬于季節(jié)性雷雨多、常年空氣濕度大的地區(qū)，而潮濕帶來的絕緣擊穿造成的短路事故往往后果嚴重，因此防潮濕設(shè)計也極為重要。（1）采用吸濕性較低的電子元器件和結(jié)構(gòu)材料。（2）對局部防潮要求高的器件（如避雷器）采用密封結(jié)構(gòu)。（3）改善整機使用環(huán)境，如采用安裝加熱去濕裝置、空調(diào)等。（4）對于不經(jīng)常使用的設(shè)備，應(yīng)在電氣設(shè)備機柜內(nèi)放置適量干燥劑，然后用防塵罩套好。

5 結(jié)束語

在開發(fā)利用清潔能源時，首先應(yīng)充分了解并掌握當?shù)氐牡乩須庀筚Y料，并在設(shè)計過程中綜合考慮環(huán)境因素對電氣設(shè)備安全運行的不利影響，由于各地環(huán)境因素各不相同，防止出現(xiàn)設(shè)計上照辦與套用，做好技術(shù)經(jīng)濟比較，合理選型，實現(xiàn)經(jīng)濟性與安全性的平衡，才能從根本上保證清潔能源事業(yè)的良好發(fā)展。

參考文獻

[1]王朝旭.沿海絕緣子污閃特點及防范措施[J].電磁避雷器，1999（1）：15-18.

[2]張國光.輸配電線路防止鹽霧腐蝕方法[J].大眾用電，2009（1）：30-31.

[3]石世峰.變電站絕緣設(shè)備的污閃及防治措施[J].山西電力，2004（2）：47-49.

作者簡介：倪彬彬（1989，10-），男，籍貫：江蘇省張家港市，現(xiàn)職稱：助理工程師，學(xué)歷：碩士，研究方向：電氣設(shè)備檢驗與監(jiān)理。