探討鋼鐵公司高溫高濕季節(jié)電力系統(tǒng)安全運行的措施

蔣海牙， 王偉業(yè)， 李賀昌， 杜建華， 田冬明

(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司， 河北 唐山 063200)

高溫高濕的季節(jié)是電氣事故的頻發(fā)期，由于陰暗潮濕導(dǎo)致的電氣事故不僅影響本段設(shè)備的運行，帶來的短時壓降也會影響同一母線或同系統(tǒng)的其余設(shè)備的停電故障，進而擴大電力故障的影響范圍，嚴重擾亂正常的鋼廠生產(chǎn)運行，對鋼鐵生產(chǎn)造成較大的影響，對于沿海區(qū)域濕度較大的改鋼鐵企業(yè)電氣設(shè)備影響尤甚，甚至對整個區(qū)域電力網(wǎng)造成影響。既然高溫潮濕成為配電網(wǎng)中無法避免的問題，本文探索性的研究出具體的實踐措施和管理方法，本文研究出先期措施來降低因為雨季潮濕引起的電氣設(shè)備故障率，防患于未然[1,2]。為保證電力系統(tǒng)安全、可靠運行，本文從具體事例出發(fā)，著重研究電氣設(shè)備的除濕防潮、加強運行管理和監(jiān)督等內(nèi)容進行展開。

1 具體案例分析

1.1 配電室發(fā)生滑環(huán)箱電氣接地故障分析

2015年6月份該鋼鐵公司碼頭配電室發(fā)生滑環(huán)箱內(nèi)部電氣故障（見圖1），造成10 kV高壓首先由于絕緣不良造成單相接地，單相接地兩周波后由于弧光放電繼而引發(fā)三相實際性接地，檢查該10 kV系統(tǒng)錄波電壓降至6.3 kV（見圖2），瞬間低電壓引起部分比較敏感的變頻設(shè)備以及傳、轉(zhuǎn)動電氣設(shè)備的短時停電問題。專業(yè)人員分析主要因為適時連連陰雨，導(dǎo)致箱內(nèi)空氣濕度變大，柜內(nèi)的加熱器未正常開啟，白天與黑夜溫度變化較大致使箱內(nèi)霧水蒸汽發(fā)生凝露，凝露的水滴附著在絕緣板及絕緣子表面，形成導(dǎo)電層，導(dǎo)致絕緣大幅度降低甚至破壞電氣的絕緣性能，促使本來不導(dǎo)電的區(qū)域變成了導(dǎo)電區(qū)域，進而引起局部放電最終導(dǎo)致金屬性電氣接地故障。

圖1 電滑箱故障圖

圖2 配電滑環(huán)箱電壓變化波動圖

1.2 梅花觸頭銅銹及母排放電故障分析

2017年7月5日該鋼廠制氫站10 kV配電室由于高溫雨季，外加海邊潮濕太重，又缺乏專門的空調(diào)和除濕裝置，僅在密閉開關(guān)柜內(nèi)有自帶的加熱驅(qū)潮裝置，導(dǎo)致該10 kV配電室斷路器開關(guān)的梅花觸頭處周圍以及母排等均有放電，由于點巡檢發(fā)現(xiàn)的及時，緊急進行停電處理，幸而未造成電氣停電故障發(fā)生。進行緊急停電處理后，斷路器拉出柜外發(fā)現(xiàn)斷路器三相動觸頭梅花觸頭與連接的母排都被青綠色的“銅綠”銹蝕較嚴重，在斷路器三相的上、下靜觸頭的隔板之間[3]，以及開關(guān)柜周圍亦有明顯的燒傷痕跡，具體情況如圖3。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場濕度高達95%，溫度33℃，由于該開關(guān)柜采用全封閉結(jié)構(gòu)，變電站10 kV高壓室由于季節(jié)性的關(guān)系導(dǎo)致內(nèi)部空氣濕度較大，開關(guān)柜柜內(nèi)自帶的加熱驅(qū)潮裝置長期處于啟動狀態(tài)，10 kV配電室本身沒有專門的空調(diào)以及除濕裝置,因此當(dāng)該裝置啟動時，開關(guān)柜內(nèi)潮氣受熱，在開關(guān)柜內(nèi)各處轉(zhuǎn)移附著，但因該開關(guān)柜的全密封性能低，潮氣無法排出，故潮氣在某地方密集，造成斷路器的梅花觸頭等地方嚴重氧化，又由于晝夜溫差較大，因此可能在觸壁外殼、絕緣隔板、連接母排等各類絕緣件上形成凝露，使該絕緣件的絕緣性能嚴重下降，最終導(dǎo)致局部放電[4，5]。該10 kVⅠ段母線全部停電后檢查發(fā)現(xiàn)其余柜子潮濕亦形成水霧或者凝露如圖4。

圖3 制氫站10 kV配電室梅花觸頭銅銹與局部放電圖

圖4 制氫站10 kV配電室母排放電圖與未放電開關(guān)柜的水霧與凝露

1.3 1號制冷機跳機故障分析

2018年7月25日4：48分高爐鼓風(fēng)機站1號脫濕A機組停機，檢查10 kV高壓室發(fā)現(xiàn)1號脫濕A機組高壓柜保護報警，專業(yè)人員進一步檢查發(fā)現(xiàn)1號脫濕A機組現(xiàn)場主電源接線盒內(nèi)接線柱對電機外殼有放電痕跡，經(jīng)初步判斷主要因為該配電室濕度高達95%，1號脫濕A機組電機接線盒內(nèi)部接線柱表面凝露，造成絕緣降低沿接線柱表面對地放電，導(dǎo)致高壓柜速斷保護動作，是造成1號脫濕A機組停機的直接原因（見圖5）。

圖5 現(xiàn)場放電圖以及保護裝置跳閘圖

2 具體防范措施和管理方案

2.1 具體防范措施

實踐經(jīng)驗得知高壓電氣設(shè)備如長時間在濕度超過70%以上的高濕環(huán)境下運行，再加上高溫設(shè)備散熱不好，可導(dǎo)致固體絕緣物層表面的暴露部分持續(xù)吸收濕氣而形成一層水膜，而水中含有的離子由于電場的作用會在絕緣層面不斷的持續(xù)運動，并向正負電極附近積聚，從而加大局部電場強度，導(dǎo)致局部放電，并引起表面閃絡(luò)下降了電壓。沿面閃絡(luò)電壓隨著濕度越來越大而下降的越來越多，這種絕緣物表面放電現(xiàn)象會使得絕緣表面局部過熱甚至碳化，并發(fā)出放電聲、膠臭味。如果上述現(xiàn)象得不到合理的發(fā)現(xiàn)和處理，持續(xù)的放電最終會造成絕緣降低，最終形成相對地和相間短路等故障，從而發(fā)生重大電氣事故。

為了減輕環(huán)境溫度、濕度對高壓電氣設(shè)備運行的影響，本文建議采取以下措施進行防范。

1）全面封堵變配電室與室外連接的進出電纜保護套管的所有接口及相關(guān)連地方，尤其是帶有地下電纜夾層的封堵工作，雙管齊下的防小動物也防水及潮氣進入室內(nèi)電氣相關(guān)的設(shè)備。

2）變配電室、電氣相關(guān)室均宜安裝空調(diào)，在高濕季節(jié)，按實際情況適時選擇“除濕”模式運行。

3）在空調(diào)除濕及普通除濕機效果不理想時，建議考慮安裝工業(yè)智能除濕機，其最小除濕為30%左右（這是普通空調(diào)除濕所達不到的），并可定時自主除濕。智能型除濕裝置是采用半導(dǎo)體制冷除濕方式，智能的將密閉空間的潮濕空氣在風(fēng)扇的吸引力作用下引入除濕風(fēng)道，空氣中的水汽經(jīng)過半導(dǎo)體制冷機構(gòu)制冷后冷凝成水，再通過導(dǎo)水管排出柜體，可達到很好的除濕效果。通過減低空氣中含水量，同時降低相對濕度和絕對濕度，同時不升高溫度，避免了溫差所帶來的負面影響如凝露的產(chǎn)生，從根本上杜絕或減少了事故的發(fā)生，也不會因高溫而加速柜內(nèi)器件及柜體的老化。智能型除濕裝置把被動防止凝露方式改為主動引導(dǎo)凝露，有效的防止柜內(nèi)設(shè)備老化、絕緣強度降低、二次端子擊穿、材料霉變及鋼結(jié)構(gòu)件銹蝕等安全隱患，保證電網(wǎng)安全運行。適用于各種體積、各種安裝條件的多種產(chǎn)品，安裝方便，可自主控制。因此各配電室建議按照工業(yè)智能除濕機，降低電氣故障率，確保電力系統(tǒng)安全運行。

4）電氣設(shè)備區(qū)、室內(nèi)全部懸掛溫濕度雙顯測量儀，實時監(jiān)測，定時記錄，及時分析濕度程度，找出高濕的具體原因，采取有效去濕、除濕措施，改善設(shè)備運行環(huán)境。

5）任何季節(jié)都要杜絕電氣相關(guān)設(shè)備室、區(qū)域內(nèi)屋頂出現(xiàn)雨、雪水滲漏的情況。

6）室內(nèi)外電纜溝井，電纜夾層，要做到逢雨必查，有水及時抽，嚴防潮濕氣、水分進入電氣設(shè)備區(qū)域。

7）新建變配電室應(yīng)要求生產(chǎn)廠家選擇耐濕特性好的優(yōu)質(zhì)絕緣配件。不同的設(shè)備廠家生產(chǎn)的絕緣材料品質(zhì)也不盡相同，各種設(shè)備對環(huán)境濕度的耐受程度也不一致，質(zhì)量較好的可在濕度70%～80%及以上的環(huán)境濕度，質(zhì)量較差的可能在50%～60%時將耐受不住濕度的影響絕緣性能降低，繼而產(chǎn)生放電聲并伴有異常氣味。

8）關(guān)于戶外瓷絕緣設(shè)備如變壓器絕緣瓷瓶、線路的絕緣子串等噴灑RTV(一種新型絕緣子防污涂料)，同時使用憎水性能力強的設(shè)備，提高瓷絕緣等電氣設(shè)備的防污防閃性能。同時室外線路使用復(fù)合絕緣子，復(fù)合絕緣子主要由引拔棒、傘裙及金具三部分組成。其傘裙采用整體注壓工藝，從而解決影響復(fù)合絕緣子可靠性的關(guān)鍵問題界面擊穿，具有良好的憎水性，耐老化性，機械強度高，耐污性能強，強有力的提高了設(shè)備穩(wěn)定運行水平。

9）短路故障基本可瞬時切除，所以為了降低電氣故障對電力系統(tǒng)范圍影響，本文建議可按現(xiàn)場實際運行情況，可選擇性的摘除低壓配電室低壓脫扣線圈。

10）檢修時務(wù)必做好電氣設(shè)備的灰塵、雜質(zhì)清掃清理等工作，提高電氣設(shè)備的絕緣性能。

11）室外配電箱選用建議采用防護等級IP67及更高（不透灰塵、防護浸水），同時柜內(nèi)需帶有加熱器及溫度傳感器裝置，防止配電箱內(nèi)由于溫濕度原因發(fā)生凝露現(xiàn)象。

12）對于建議更換銅編織線的軟連接線及接地線為銅箔或銅棒以提高防腐蝕能力。

13）室外配電箱體密封采用硅酮密封膠密封，此膠在室溫下與空氣中的水發(fā)生應(yīng)固化形成彈性硅橡膠，從而有著良好的密封性能。

14）在室外配電箱相間加裝絕緣板，避免單相接地故障演變?yōu)槿喽搪饭收稀?/p>

2.2 管理方案的探討

1）每年雨季、入冬時期的防雨防汛、防冰雪預(yù)案啟動時，變電站應(yīng)對加熱除濕裝置的相關(guān)設(shè)備進行一次全面試驗檢查。

2）設(shè)置相應(yīng)的濕度和溫度的啟動規(guī)定值。

3）運行人員需要熟練運用變電站驅(qū)潮裝置的使用方法和維護方法。

4）電氣設(shè)備運維人員每年應(yīng)對變電站各類型溫濕度控制器整定值進行抽查校核試驗，試驗合格率100%。

5）運維人員檢查配電柜、各種電氣柜與電纜溝的連接處的密封是否嚴密。

6）運維人員檢查柜內(nèi)是否保持干燥、清潔。

7）運維人員檢查溫濕度控制器整定值是否符合相關(guān)規(guī)定，如不負荷規(guī)定立即整改。

8）運維人員檢查加熱除濕裝置的元件和回路工作是否正常。

9）鋼鐵企業(yè)自身的監(jiān)管、職能部門和單位人員不定時抽查運行的變電站溫濕度記錄情況、表計以及控制情況，確保溫濕度不超標(biāo)。

10）由于智能化、無人化變電站的逐步實現(xiàn)，可增加無人監(jiān)控設(shè)備或者利用信息化將實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊卣静⒃O(shè)立報警功能，如果溫濕度超高，可立即采取應(yīng)對措施。

3 結(jié)語

本文首先通過描述某鋼鐵企業(yè)近幾年出現(xiàn)的典型由于高溫高濕導(dǎo)致的絕緣不良引起的電氣故障，深入淺出地分析發(fā)生的原因，從實踐經(jīng)驗中總結(jié)出應(yīng)對高溫高濕季節(jié)的具體防范措施和管理方法，從而提高電力系統(tǒng)的運行安全系數(shù)，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行，降低電網(wǎng)故障率，保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，從而為公司的生產(chǎn)奠定堅定的基礎(chǔ)。