換流站BOX-IN可熔斷降噪板脫落原因分析

陳煒，胡勝，吳俊杰，萬濤，劉奕奕

(國網(wǎng)湖南省電力有限公司電力科學研究院，湖南 長沙 410007)

0 引言

作為換流站中最重要的設(shè)備之一，換流變壓器在運行過程中會產(chǎn)生大量噪聲，是換流站中最大的噪聲源[1－4]。為有效控制換流站廠界噪聲，對換流變壓器采用BOX－IN全封閉的形式進行隔聲處理是非常有必要的[5－7]。

出于消防考慮，現(xiàn)安裝的BOX－IN頂部降噪板除了具有隔聲功能外，還要求具有高溫可熔斷功能，當換流變壓器內(nèi)部起火時，頂部降噪板可自動熔斷脫落，從而不影響外面的消防措施對BOX－IN內(nèi)部進行滅火。

本文針對某換流站的換流變壓器BOX－IN頂部可熔斷降噪板開裂甚至脫落現(xiàn)象，對其進行24 h浸水、24 h淋水、24 h振動疲勞、高溫老化以及成分檢測等系列試驗，得到可熔斷降噪板脫落的主要原因為防水涂層厚度太薄且不均勻，防水性能差，并從供應(yīng)商、技術(shù)監(jiān)督及現(xiàn)場安裝工藝等方面提出建議。

1 降噪板結(jié)構(gòu)組成

換流變壓器BOX－IN頂部可熔斷降噪板主要由多塊可熔斷降噪板組合構(gòu)成，通過直接粘接在鋼質(zhì)框架上的方式進行固定，模塊間設(shè)置了2～3 mm的伸縮縫，用耐候防水密封膠填充，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 可熔斷降噪板結(jié)構(gòu)示意圖

單個可熔斷降噪板由微粒降噪板及表面涂層構(gòu)成。微粒降噪板厚度為20 mm，為特制樹脂粘接劑與沙礫混合后，在一定的溫度和壓力下成型。沙礫選擇密度較大的品種以及合適的級配比，以提高板材的隔聲性能和強度，樹脂粘接劑選型滿足可熔斷降噪板在200～250℃時5 min內(nèi)熔斷的性能要求。

表面涂層包括兩層，第一層為防水乳液底漆，第二層為耐候防水涂層面漆，具有較高的耐候性能。噴涂表面涂層前，先對基板表面進行清理和整平，去除浮沙，每層防水涂層噴2遍。每層防水涂層厚度不小于20μm，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 微粒降噪板分層示意圖

2 故障簡述

2021年6月，某換流站發(fā)現(xiàn)BOX－IN頂部可熔斷降噪板部分存在脫落和開裂現(xiàn)象，對全站所有換流變壓器頂部可熔斷降噪板進行了全部排查后，發(fā)現(xiàn)14塊可熔斷降噪板存在共計17處裂縫，現(xiàn)場排查情況如圖3所示。

圖3 現(xiàn)場排查情況

該換流站24臺換流變壓器BOX－IN頂部可熔斷降噪板均為2020年3月生產(chǎn)，同年4月完成24臺換流變壓器前端可熔斷降噪板及4臺換流變壓器的頂部可熔斷降噪板現(xiàn)場安裝，2021年5月?lián)Q流站年度檢修期間完成了14臺換流變壓器的頂部可熔斷降噪板安裝。目前，該站已完成18臺換流變壓器的頂部可熔斷降噪板的安裝工作。

3 現(xiàn)場初步分析

現(xiàn)場對掉落的可熔斷降噪板板檢查后發(fā)現(xiàn)，其存在明顯的扭曲變形現(xiàn)象，同時板內(nèi)顆粒存在軟化、粉化現(xiàn)象，四周可見明顯的水漬痕跡，如圖4所示。

圖4 現(xiàn)場掉落示意圖

分別對現(xiàn)場掉落、BOX－IN前端及未安裝的可熔斷降噪板微粒板進行了含水率的測試，測試結(jié)果見表1。

表1 現(xiàn)場件含水率測量數(shù)據(jù)表

上述試驗結(jié)果顯示，掉落的微粒板含水率較高(20%～24%)，約為前端和未安裝微粒板含水率的3倍，且遠高于出廠標準(8%)。

4 試驗分析

針對上述可熔斷降噪板脫落塊中含水率高、顆粒板軟化等現(xiàn)象，為了進一步查明驗證微粒板脫落的原因，進行了浸水、淋水、高溫老化、振動疲勞試驗以及成分檢測等系列試驗(所有試驗件均為現(xiàn)場取樣)。

4.1 浸水和淋水試驗

取6個面防水完好的降噪板進行了浸水和淋水試驗。試驗件大小均為600 mm×600 mm。分別浸泡和淋水24 h后，待取小樣進行抗折強度測試，小樣尺寸為250 mm×80 mm×20 mm。浸水試驗件編號為JP1—JP4，淋水試驗件編號為LS1—LS4。為模擬有裂紋情況下的含水率與強度變化，特取2個小樣(250 mm×80 mm×20 mm)，其上下2個面有完整防水封閉，其余4個側(cè)面均無防水封閉，分別浸水5 min和30 min，其試樣編號為:JP30－5和JP30－30。

4.2 振動疲勞試驗

可熔斷降噪板試驗件尺寸為500 mm×500 mm，對其進行振動疲勞試驗。振動加速度為2 m/s2，振動測試持續(xù)24 h。振動完成后，在試驗件上截取小樣進行抗折強度測試，小樣尺寸為250 mm×80 mm×20 mm，小樣編號為ZD1—ZD4。

4.3 高溫老化試驗

高溫老化試驗按3個溫度進行，分別為60℃、80℃和105℃。老化試驗時長45 h。試驗件尺寸同抗折強度測試小樣尺寸為250 mm×80 mm×20 mm。每個溫度取2個小樣，小樣編號分別為:GW60－1～2、GW80－1～2、GW105－1～2。

4.4 含水率和強度測量試驗

所有試樣的含水率和強度見表2。

表2 含水率與強度測量數(shù)據(jù)表

1)從含水率測試可知，樣件在浸泡或者淋水24 h后，板內(nèi)部含水率有明顯的升高；經(jīng)過45 h的高溫老化后，板內(nèi)部的含水率降低；振動疲勞對含水率并無明顯影響。

2)從防水破損件JP30－5與JP30－30的含水率可知，可熔斷降噪板防水封閉不足或者有裂紋，在浸泡的環(huán)境下，板內(nèi)含水率會快速升高。

3)根據(jù)抗折強度測試結(jié)果，對比各樣件的強度變化情況如下:①可熔斷降噪板在浸泡24 h后，浸泡件強度降低17%；②可熔斷降噪板在淋水24 h后，強度降低5.1%；③可熔斷降噪板在加速振動疲勞情況下，強度降低約5.2%；④可熔斷降噪板經(jīng)過高溫老化，強度升高，最大增幅為69.7%；⑤防水破損件JP30－5的強度為5.81 MPa，比基板下降12%；⑥防水破損件JP30－30的強度為4.81 MPa，比基板下降27%。

從這些數(shù)據(jù)和變化趨勢可知，可熔斷降噪板隨著內(nèi)部含水率增加，強度將明顯下降。由此可知可熔斷降噪板上的裂紋以及防水性能對強度影響較大，也是導(dǎo)致其破損掉落的直接原因。

4.5 涂層及成分檢測分析

防水涂層直接涂覆在成型的砂石板材表面，涂層厚度極不均勻，部分區(qū)域涂層厚度過低，涂層厚度范圍為0.05～2 mm。衰減全反射紅外光譜分析表面防水涂料為典型的丙烯酸酯類聚合物涂層(如圖5所示)，通過顯微鏡觀察可明顯看到表面有部分磨損，且有微小氣孔。

圖5 反射紅外光譜圖

防水涂層采用丙烯酸酯類材料時，要求基層平整堅實不起砂，而實際工藝中，防水涂層直接浸涂在不平整的成型砂石板表面，容易造成區(qū)域不均勻與微缺陷。涂膜應(yīng)具備一定厚度，但試品涂膜存在厚度不均勻、部分區(qū)域涂膜厚度過低的情況，使其無法達到防水效果。

5 原因分析及建議

5.1 原因分析

綜合現(xiàn)場含水率測試和相關(guān)試驗數(shù)據(jù)分析可知，可熔斷降噪板脫落主要存在以下原因:

1)通過對涂膜厚度及成分檢測發(fā)現(xiàn)，可熔斷降噪板基層表面不平整，存在涂膜厚度不均勻的現(xiàn)象，無法滿足防水要求，易造成模塊板含水率升高、強度下降、甚至脫落等情況。

2)根據(jù)浸泡和淋水試驗數(shù)據(jù)，防水涂膜完好的可熔斷降噪板經(jīng)浸泡或淋水24 h后，含水率均有所增加，將造成其強度下降，說明其表面防水性能欠佳，難以滿足現(xiàn)場使用要求。

5.2 建議

1)建議廠家下一步繼續(xù)開展可熔斷降噪板強度、防水涂膜厚度與含水率之間關(guān)系的研究，結(jié)合各站現(xiàn)場環(huán)境、氣候條件制定相應(yīng)優(yōu)化處理措施。

2)針對可熔斷降噪板的安裝及驗收流程組織開展討論，并制定相應(yīng)標準，指導(dǎo)現(xiàn)場工作。

3)在可熔斷降噪板安裝時，應(yīng)對可熔斷降噪板上的開孔及暴露面及時進行防水封閉，并在安裝完成后對整體再進行一次防水處理，提高可熔斷降噪板的整體防水能力。

6 結(jié)語

本文針對某換流站BOX－IN頂部可熔斷降噪板脫落現(xiàn)象，開展了水浸、淋水、振動疲勞、高溫老化、表面材料分析等試驗，測試其含水率和強度。試驗結(jié)果表明，消防模塊防水材料和工藝不佳、表面防水涂料涂層厚度不夠，最終導(dǎo)致在長時間降雨的氣候條件下出現(xiàn)開裂脫落現(xiàn)象，并根據(jù)該站現(xiàn)場情況提出了相應(yīng)的建議。