铜山华润电力有限公司 李建君
摘 要：结合某公司4×300 MW QFSN2-300-2发电机组在临检及检修后发电机绝缘偏低的情况提出解决方案，将原来吸附式微正压装置改为基于微风循环的开放式微正压系统，保证母线干燥不受潮气侵袭。通过改造并就改造前、后方案实施效果进行对比，验证了结果的正确性和方案的可行性。
关键词：发电机；离相封闭母线；母线自动充气设备；防潮
某公司4台300MW水氢氢发电机组，发电机额定电压为20kV，出口到主变低压侧采用封闭式母线连接。为防止外界灰尘、潮气等进入封闭式母线内，对母线及绝缘子造成污染、降低绝缘，封闭母线采用微正压运行方式。由独立的微正压装置向内部提供纯净合格的压缩空气，并通过自动控制装置自动调节压力，在压力高和压力低时。始终保持内部压力在500～2500Pa之间能发出报警信号，提醒运行人员进行检查。微正压装置投运后，频繁出现问题。如低压力不自启、高压力不停止、空压机频繁启动、分子复筛失效、压缩机过热、电动机烧损等，微正压装置经常进行检修，频繁的故障使封闭母线经常处于常压状态，容易造成封闭母线内积灰、湿度增加。每次发电机绝缘检测时，都发现绝缘电阻偏低。检修人员通过抽检封闭母线的支持绝缘子发现绝缘了上有锈迹、用手触摸有粘感，每次排查处理都要花费很长的时间，对整个发电机变压器组的安全运行构成很大的威胁。
1.1 吸附式微正压装置的工作原理、优缺点分析
微正压装置配套空压机提供压缩空气进入控制柜后，首先通过充气电磁阀，然后进入汽水分离器，在汽水分离器中，压缩空气中的水分被初步分离出来，经初步分离以后的压缩空气然后进入一减压阀，在减压阀内，压缩空气被调整为0.4～0.45MPa，以保证分子筛吸附器良好的工作状态。经减压阀调整后的低压空气进入吸附式干燥器，干燥器为两个填充了分子筛的吸附塔A和B，压缩空气通过A吸附塔上的电磁阀由吸附塔A的下端充入，通过分子筛层流到上部，在此过程中，空气中的水分被分子筛吸收，干燥的空气大部分由吸附塔上部的输出口输出，进入封闭母线。同时，约占10%～15%的干燥空气经一固定节流孔进入B塔，B塔上的排气电磁阀同时开启与大气相通，使B吸附塔中的已吸收饱和水分的分子筛在低压下脱附还原，脱附出来的水分随空气排至大气，由定时器周期性对A吸附塔和B吸附塔上的充气和排气电磁阀进行切换(通常30秒切换一次)，A吸附塔和B吸附塔定期交换工作，使分子筛轮流吸附和再生，这样母线便可源源不断的得到干燥、洁净的空气[1]。
优点在于：其连续处理空气的能力较强，处理空气的指标比较高，大气压露点达到-40℃。
其缺点主要在于：流量小，耗能高。多为配套装置，配置很低。主要包括：分子筛易失效、配置低、易损坏、控制精度低、供气流量低、无自动排水装置 、维护繁琐。
1.2 冷凝式微正压装置的工作原理、优缺点分析
由空压机或厂内仪用气提供气源，空气压缩机将空气压缩后进入贮气罐，在贮气罐内，压缩空气缓冲和降温并初步析出部分水分，经排水电磁阀排出罐体。压缩空气经贮气罐进入主管路过滤器，在主管路过滤器中，压缩空气中大于0.3mm以上的杂质或颗粒被析出，经自动排水器排出，析出杂质和水分的压缩空气又进入冷冻式干燥器或高分子膜式干燥器。然后，压缩空气再进入微雾分离器，在微雾分离器中，压缩空气中的油物和大于0.01 mm以上的颗粒被分离出来，并自动排出。空气经压缩、冷凝式工艺后，压缩空气已成为干燥，洁净的空气。最后，经限流阀及双电控电磁阀充入到封闭母线中，当母线内的压力低于500Pa时,充气电磁阀自动开启；压力达到1500Pa时，充气电磁阀自动关闭，并始终保持这一区间压力。
图1 分子筛吸收及再生原理图
优点在于：处理空气量大、压力露点温度在2`10℃、结构紧凑、占用空间小、噪音小、使用维护方便和维护费用低。
缺点在于：当压缩空气质量差，如混入大量灰尘和油雾等时，脏物会黏附在热交换器上，降低工作效率；排水功能易失效，造成气源浪费；处理空气大气压力露点只能达到-17℃（通常只有-12～-10℃）。
冷凝式微正压装置由于具有空气处理量大、处理露点低等特点，适合在南方低露点、空气湿度大的地区使用[2]。如果不考虑场地、环境、型号的要求，盲目地安装微正压装置，不但不能解决封闭式母线结露、闪络的问题，反而会促进结露和闪络进程。
1.3 开放式微风循环正压式微正压装置工作原理、优缺点分析
当封闭式母线密封良好时，该装置可作为正常的微正压装置来使用；当封闭式母线密封性不良时，该装置可自动调整为微风循环装置来使用。该性能主要是为国内的风冷式离相封闭式母线导体和外壳的强迫冷却而研发。其充气模式采用风冷离相封闭式母线的双风系统充气模式，即采用与环境温度一样的干燥、洁净的空气从室内充气口冲入母线内，在母线内导体与外壳的夹层中对流循环，利用母线的自然泄漏率，从母线的末端排出。
优点在于：（1）保持母线内空气的干燥洁净，使母线内部形成微弱的局部正压，即使是封闭母线上有泄漏点，也能在泄漏点由内而外排气，有效地防止外部的空气逆行进入母线内，保证封闭母线内部的干燥洁净环境，干燥洁净的空气是最好的绝缘介质。（2）这种微弱的风循环可将导体产生的热量及时的排出母线，保证母线内部导体的恒温。该工艺既不采用热风，也不采用冷风，而是采用与环境温度相同的干燥空气形成的微风。最大限度的避免了母线内部因出现温差变化而导致的结露事故。
缺点在于：当离相封闭母线存在泄漏时，需要持续的气源、降低了四级过滤器的使用寿命。
某发电厂4×300MW QFSN2-300-2发电机组封闭式母线微正压装置型号为MQ-03GA，为北京电力设备总厂封闭式母线配套装置。该装置按自动启停工作设计，利用分子筛除湿，但因其系统设计不合理，设备配置低，致使分子筛非常容易失效，给维护带来极大不便。由于封闭母线各接口存在密封不严等问题，所以对洁净压缩空气的需求量非常大，而配套的微正压装置空压机因其流量有限，远不能满足封闭母线所需求的用气量，造成微正压装置频繁启停或长时间工作、甚至故障，无法满足对封闭式母线保护作用[5]。
由于现在电力市场产能过剩，300MW机组的经常停机备调，当机组调停再启时往往发电机的绝缘性能不能满足规程要求。将发电机及变压器的出口软联接拆开后，发现为离相封闭母线的绝缘不合格。作为离相封闭母线的保护装置的MQ-03GA微正压系统已到必须改造的地步。
3.1 微正压装置的选型参考
封闭母线微正压装置的选择，主要应根据每个电厂封闭母线自身的特点及电厂所在地区的环境、温度、自然条件来决定。在我国的北方地区，主要以吸附式和高分子膜式微正压装置为主；在南方地区则侧重于采用冷凝式和高分子膜式微正压装置[2]。国内电厂运行中的封闭母线密封状态，主要表现出良好、一般和差3种状态。
（1）封闭母线密封状态良好，母线内气体能保持一定的微正压，且保持时间在30 min左右。这种状态下，微正压装置应开启到自动运行状态。
（2）封闭母线密封状态一般，微正压保压时间较短，保持时间在0-5 min。这种状态下，微正压装置应启动定时定量的充气功能或微风循环功能。如果仍然启动自动运行的充气功能，会导致微正压装置长时间充气或频繁启动，造成微正压装置电器元件烧毁设备退出运行。
（3）封闭母线密封状态差，母线内没有一点压力，保压时间为0，母线基本保持在开放状态。这种状态下，微正压装置应启动手动运行充气或正压输送功能，否则会造成微正压装置电器元件烧毁，设备退出运行。通常，当封闭母线密封状态为一般和差的情况下，吸附式和冷凝式微正压装置在运行稳定性能方面不如高分子膜式微正压装置，这是因为吸附式和冷凝式干燥器都是依靠电器元器件来执行工作的，母线密封不严时，会导致电器元件频繁或长时间带电，造成微正压装置损坏，这也是微正压装置损坏的主要原因之一。而高分子膜式微正压装置则可以避免这种情况，其核心部件——高分子膜式干燥器不需要电源控制，只是依靠正常的空气压力即可工作，避免了干燥器因长时间通电而损坏情况的发生，可以24 h不间断对母线充气，适用于封闭母线密封不严的状况；其除湿特性主要是依靠高分子材料制作的高分子膜特殊结构，这种结构可将压缩空气中的水分子分离出来，只允许干燥的压缩空气通过。该公司技术人员经过市场调研，结合上述各类型微正压的优缺点决定选用——微风循环正压装置式微正压装置，其干燥器的核心原器件采用高分子膜，并在其基础上增加了微风循环功能。
3.2 微风循环正压式微正压装置的特点
3.2.1 微风循环正压式微正压装置用新型高分子材料研制的高精密式微风循环正压装置式干燥器代替了传统的分子筛干燥器和冷凝式干燥器，这种干燥器具有精度高、故障率小、运行指标稳定、带有露点指示剂、使用寿命长等优点。
3.2.2 微风循环正压式微正压装置有电控、气控二种不同的保护方式，保护安全可靠。
当母线内压力超过3000Pa时，排气电磁阀开启,同时并启动自我断电保护功能，这两种方式对母线实行全方位,立体保护。
当母线内压力超过3500Pa时,液控安全阀开启。
3.2.3 充气电磁阀选用双电控电磁阀。该阀只受脉冲信号控制，可避免因线圈长时间通电而烧毁，造成母线的不安全隐患。且该阀具有记忆功能，在出现异常情况时能自动恢复到关闭状态。
3.2.4 用数字式压力表取代了磨合压力表，提高了控制精度，增加了可靠性。压力传感器精度比较高，充气压力控制精度可达FS±1%±1字。
3.2.5 具有主管路过滤器(过滤精度可达0.3μm),微雾分离器(过滤精度达0.01μm)和高精密式 微风循环正压装置式干燥器三级过滤,控制精度高。
3.2.6 具有旁路应急系统。
3.2.7 分别具有厂内气源。自配气源接口，还具有两种气源同时供气的功能。
3.2.8 具有远程监测封闭母线压力变化的端子。
3.2.9 充气流量大，空气处理量≥1m3/min,对密封性能不佳的封闭母线极为实用。
该公司离相封闭母线改造前微正压装置正常的情况下，当母线带载时，启停间隔十几分钟一次，空压机及电磁阀启停频繁，故障率较高，当机组停运再启动时，母线绝缘不满足规程要求。现改造完成后，微正压系统设置压力范围为300-1500Pa，从下限到上限的充气时间为10分钟左右，关闭微风循环功能后，系统保压10分钟；开启微风循环功能后，系统保持在压力0.445Pa时，在环境温度20度左右时，微正压循环时间间隔为20小时左右。当母线带上负荷后，在微风循环开启的状态下，微正压循环时间间隔为2小时左右。封闭母线设备内部绝缘性能得到大幅提升，母线内部相对湿度降低到35%RH以下，机组启动时母线对地绝缘在1000MΩ以上，封闭母线系统的运行状况良好，各项技术指标完全满足运行要求，有效解决了机组停运时离相封闭母线绝缘下降的问题，完全摆脱了保护装置受封闭母线密封限制的条件。提高了微正压装置对空气系统的控制精度，有效的保证了封闭母线的运行安全。
封闭母线微正压系统的安全可靠运行是发电机出口封闭母线绝缘的重要保障，微正压装置作为离相封闭母线的保护装置[3]，已经得到普及和认可。传统的吸附式微正压装置由于系统设计不合理，设备配置低等原因，运行故障率较高，致使该装置在封闭母线的安全运行中不能充分发挥其功能，降低封闭母线安全可靠性。通过微风循环正压式微正压装置在从该厂发电机封闭母线上的应用改造，系统运行稳定性和可靠性较高，效果良好，值得推广。同时对新上机组的微正压选型也具有借鉴意义。
参考文献：
[1] 闫海鹏，关于封闭母线微正压装置的应用及思考[D].北京电力高等专科学校学报，2011，9：67.
[2] 侯永军，王吉荣，张仲琪.发电机组离相封闭母线闪络原因及其保护装置特点分析[J].内蒙古电力技术，2012，30（3）：26-28.
[3] 焦峰，宋晓波，孙建超.发电机封闭母线微正压装置优化方案实施探讨[J].中国电业：技术版，2013(5)：55-56.
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