水布垭电站封闭母线的防结露设计简介

王迪良   吴云翔

（长江水利委员会长江勘测规划设计研究院，武汉 430010）

提  要   本文介绍了电站封闭母线防结露的几种方法和水布垭电站封闭母线装置的设计、计算

关键词   母线、防结露

1概诉

水布垭电站采用的是高垂直段、长距离封闭母线，母线洞断面尺寸长×宽=4× 5米，分为三段，即下水平段，长度26.5米；垂直段，长度117.4米；上水平段，长度分别为：1^#机118.1m、2^#机79.9m、3^#机42.2、4^#机15.8m，计算总长度为：1^#机长度262m；2^#机长度223.8m；3^#机长度186.1m；4^#机长度159.7m、母线和外壳的基础数据见表1

表1

注：扩括号中的数据为电压降低时的电流，出现几率很小

2问题的提出

水布垭电站是调峰电站，发电机组的开停比较频繁，因此，母线和外壳的温度的变化比较大。机组运行时，母线和外壳的温度较高，而机组停机时，母线和外壳的温度将快速下降。正常运行时的母线温度为75~83℃、外壳温度为56~65℃，最低可下降至20℃左右。

由于温度的下降，母线和外壳之间的空气温度也由正常运行时的67℃下降至20℃，因此，每公斤空气的饱和含湿量由正常运行时的最大可能值232.1g/kg下降至14.6g/kg（查i-d图得出）。也就是说母线和外壳之间最多将有217.5g/kg的液态水析出。这些水将严重破坏母线和外壳之间的绝缘。再次开机时，将发生对地闪落，这是不允许发生的。

为了保护母线和外壳之间的绝缘，在机组运行和停机时要采取措施防止空气结露。

3防结露措施分析

3.1目前国内外封闭母线防结露的几种措施

    1）封闭母线外壳内通自然风。

    2）封闭母线外壳内充热风。

    3）封闭母线外壳内充微正压干燥空气。

    4）封闭母线外壳上装恒温加热装置。

    5）设置降温除湿装置。

    6）憎水性绝缘子

3.2对每一种防结露措施的分析

    1）封闭母线外壳内通自然风

此种方式的应用，一般是在机组停机后再开机前，为解决封闭母线固体绝缘而采取的一种临时措施。它的特点是方法比较简单，能有效解决机组开机前封闭母线绝缘电阻较抵而影响开机问题。但是，这种方法并不能解决封闭母线外壳内空气相当湿度大的问题。特别是水布垭电站母线布置在洞中，周遍环境的湿度很大，所以自然空气的相对湿度也很大，须通很大风量才能提高封闭母线绝缘电阻。

2）封闭母线外壳内充热风

这种方法比通自然风有所改进，通入的热风能去走一部分潮湿空气，还能提高空气的饱和含湿量值，降低相对湿度。使封闭母线绝缘很快建立起来。但是由于母线及外壳均为铝制，传热效果好，散热快，故一旦停止加热或沿母线长度方向距加热点较远时会出现温降。随着温度的降低，空气中的水蒸气将重新凝结成液态水。

3）封闭母线外壳内充微正压干燥空气

这种方法在国内封闭母线运行中比较常用。它的方法是定时将封闭母线外壳内充过滤后的干燥空气，并使封闭母线外壳内的空气压力略高于外界大气压，一般为300~2500Pa，这样，外界潮湿的空气及灰尘就不能进入封闭母线外壳内，从而保证封闭母线的绝缘。这种方法成本较高，并且在制造、生产和现场安装中必须保证封闭母线外壳的气密性。

4）封闭母线外壳上装恒温加热装置

此种方法就是在封闭母线外壳上加装电加热装置，由于封闭母线是从发电机连至变压器等设备，因此，电加热装置需沿封闭母线布置方向依次加装。这样在开机前，为保证封闭母线绝缘电阻达到规定值，先将电加热装置接通电源，给封闭母线加热以提高封闭母线绝缘电阻。由此看来，这种方法只能降低外壳内空气的相对湿度，从而提高封闭母线绝缘电阻，但空气中水份并没有去除，成本也较高，布置也较困难。

5）降温除湿装置

此种方法是将封闭母线外壳内的空气引至外面的冷却装置进行循环流动，通过冷热交换机理，将外壳内空气的水份除去后再充入，形成闭式循环。

这种方法可有效的除湿，但运行的成本较高，并且在制造、生产和现场安装中必须保证封闭母线外壳的气密性。降温设备的布置也需要较大的面积。

6）憎水性绝缘子

此种方法是将母线与外壳之间的绝缘子采用具有憎水性能的绝缘子，当外壳内空气凝露时，绝缘子的绝缘性能不受影响。但由于该绝缘子是采用有机材料制成，在高温情况下容易老化，使用寿命将受到影响。目前，国内尚无使用寿命的具体数据。鉴于此，本工程暂不考虑。

4水布垭设计方案

综上所述，参考其他已建成的电站的运行经验，从几种办法的可靠性、实用性、降低制造和运行成本、简化运行管理等方面进行分析后，推荐的防结露设计方案如下。

1）方案简介

在发电机组开机前，将干燥的压缩空气（经冷冻干燥机处理后）充入母线外壳，同时在外壳上设排放管，管口设阀门，在充气时开阀，驱赶并排放原有的冷湿空气，防止结露的目的。当发电机组运行后，空气的温度生高，不会结露，此时关闭放气阀，停止充气。直至下一次开机前，再重复上述步骤。

冷冻干燥机是以冷热交换机理，将压缩空气降温，使空气中的水蒸气液化，并通过气水分离装置除去，从而达到干燥空气的目的。目前，市场销售的冷冻干燥机在7kg/cm²压力时，露点温度为3~10℃，当空气温度升高到20℃并降压充入母线外壳时，其相对湿度为：

φ=P_b1/P_b2·v₂/v₂·100％

式中：P_b1-----10℃空气的饱和水蒸气分压力；

     P_{b120℃空气的饱和水蒸气分压力；}

     V₁/v₂——压缩空气减压前后的体积比，v₁/v₂=P₂/P₁·T₁/T₂

经计算，充入空气的相对湿度约为7.1％，可以充分保证母线的干燥。

2）充放空气量的计算：

（1）    换气体积

母线直径650mm，外壳直径1200mm，母线与外壳之间的空气可流通，因此单相空腔体积按整个外壳内空腔体积计算。每米的单相空腔体积为1.1304m³。每次充、放气的换气倍数可取1~3。

若按3倍体积/次换气计算，每米的单相母线所需空气体积为3×1.1304=3.39m³,每台机组母线一次换气体如下表（三相）

如按1倍体积/次换气计算，则需气量分别为上述数字的三分之一。

（2）    空压机容量计算

按通常的发电机组开、关机的间歇情况，母线的充放气操作是有较充裕的时间的，如充气过程按4小时、3倍体积/次换气计算，则需气量最大的1^#机组充气流量为

2666.5/4≈666.6m³/h=11.1 m³/min

由上述计算结果，决定选用排气压力7kg/ ㎝³,气量6 m³/min的空气压缩机二台作为母线防结露的气源。

在此情况下，若充放弃时间只有2小时，则换气倍数为1.5倍体积/次。

5结论

     通过以上计算、分析，采用在机组开机前向母线外壳空腔充入经冷冻干燥处理后的空气，以置换其原来的潮湿空气的方法是可行的：水布垭母线防结露装置的设备需配备二台   6 m³/min的空气压缩机、储气罐和相配套的冷干机二套，以及钢管，减压阀等。并配合相应的检测和控制系统，可完成母线的防结露任务。