1. 引言

现 代大中型电厂从高压厂用变压器及起动/ 备 用变压器到6 kV 开关柜基本上采用6 kV 电缆母线 或 6 kV 共箱封母连接。目前已建好或正在建设的 电厂中, 由国外总承包及个别国内自己建的电厂, 如 珠海电厂、沙角 C 厂、吴径八期采用 6 kV 电缆母 线, 而绝大多数电厂则采用6 kV 共箱封母。原因是 电缆母线的造价较高, 是共箱封母的 3~ 5 倍左右, 另一方面是国产电缆弯曲半径较大, 造成电缆母线 的外形, 特别是换相处尺寸较大, 布置较为困难, 而 采用进口电缆又进一步增加造价, 故多采用共箱母 线。但由于6 kV 共箱封母结构欠佳, 影响其绝缘性 能。本文试就 6 kV 共箱封母存在的缺陷, 结合工程 实例, 提出解决问题的个人见解。

2. 6 kV 共箱封母存在的缺陷

共 箱母线内三相母线均采用裸露的矩形母线, 箱体只能起一般的封闭作用, 密封性能不是很好, 无 法有效地防止潮气、粉尘等进入。以往的6 kV 共箱 封母基本上采用传统的瓷绝缘子, 瓷绝缘子是一种 硅酸盐的烧结体, 影响工艺的因素很多, 质量亦难以 保证, 瓷结构的不致密、多晶体共存的都难以避免其 内部存在空隙, 在导体的长期无规律振动下, 空隙逐 渐扩大, 在强电场作用下极易产生击穿使绝缘下降。 即使是完好的瓷绝缘子, 由于其表面易吸附水膜及 易吸附空气中的盐份和灰尘, 形成导电通路, 从而有泄漏电流沿绝缘子表面通过, 产生局部放电, 导致母 线绝缘大幅度降低, 甚至在运行电压下瓷绝缘子表 面的放电发展为电弧闪络, 造成事故。对于建在海 边的大电厂由于湿度大、空气含盐量高, 情况最为严 重。根据台山电厂、湛江电厂等多个电厂的记录, 在 空气中湿度较大、机组停运时6 kV 共箱封母的绝缘 值均很低, 多在 1 M 以下( 最低合格值应在 6 M 以上) , 必须采取必要措施才能起动机组, 从而延长 了机组启动时间, 增加了启动成本。在电网负荷不 饱和, 机组频繁起动时, 6 kV 共箱封母绝缘已影响 到机组的安全运行。

3. 探讨解决 6 kV 共箱封母缺陷的方法

台山发电厂规划容量为 5 600 MW + 5 1 000 MW机组, 是目前亚洲规划容量最大的电厂, 1, 2 号机

组 已投产, 3~ 5 号机组正在建设中。1, 2 号机组共箱封母只是按常规定货, 只是在母线包热 缩套管, 但在机组试运行和投产后已多次由于 6 kV 共箱封母绝缘水平过低, 影响了机组起动。3~ 5 号 机定货时, 在母线箱内增加了加热带, 由于仍然担心 无法真正解决绝缘水平低问题, 电厂就此问题作了 一次调研后, 改为最后取消加热带, 改为采用不饱和 聚脂玻璃纤维增强模塑料( DMC) 绝缘子。

为寻求最佳的方法, 下面就可能解决 6 kV 共箱 封母绝缘低的几种方法逐一讨论。

3 1  母线表面包热缩套管

该 方案是在三相裸母线包热缩套管, 使母线与瓷绝缘子间增加了绝缘层, 从而提高了母线的绝缘。 该方法比较简单, 成本增加很少, 但无法解决绝缘子 外表形成导电回路的问题, 对提高整个母线箱的绝 缘帮助不大。台山发电厂 1, 2 号机组就设了热缩套 管, 但在空气中湿气大时绝缘仍然很低就是证明。

3 2  在封闭母线箱内安装加热带

该 方案主要是在母线箱内从头到尾设一条电加 热带, 被动片面地改变共箱封母的运行条件, 机组启 动时投入使用, 提高箱内温度, 使箱内干燥, 在瓷绝 缘子表面难以形成导电回路, 从而提高母线的绝缘。 但这种解决方案难以控制加热带投入的时间, 同时 增了电能损耗和额外的维护量, 而根本的问题是, 实 际使用中并没有预期的好, 加热带的功率不能太大, 箱内温度就不会很高, 箱内的潮气不容易排出, 因此 对提高母线的绝缘同样帮助不大, 天津盘山电厂就 曾经采用过该方法, 但效果不理想, 最后改用 DM C 绝缘子才解决问题。

3 3  瓷绝缘子表面涂 RTV 涂料

RTV 是一种室温硫化硅橡胶, 由于其独特的分 子结构而具有优良的憎水性和憎水迁移性。RTV 的特点如下:

憎水性好。其为非极性固体介质, 分子与其 表面水分子的作用力小于水分子本身的内聚力, 所 以这类介质表面的水份往往成为孤立的水滴, 难以 形成连续的水膜, 其接触角大于 90!

∀ 憎水迁移性好。RTV 的憎水迁移性是指 RTV 涂层表面积存的亲水性灰尘污秽在一定的时 间内也呈现憎水性, 即 RTV 涂层的憎水性迁移到 污层表面。由于 RTV 是由端羟二甲基硅氧烷缩聚 而成, 其基本结构是立体网状硅氧键, 其中包含大量 的小分子基团( 如甲基 - CH3) , 同时包含大量的游 离状态有机硅低聚物和自由小分子基团。由于硅氧 链属于柔性链, 其分子运动大、密度低, 使得分子链 段凸起包围了污层, 并在上面形成游离膜。因而, 表 面为亲水性的污秽层变得具有憎水性, 表现出优异 的耐污闪与耐湿闪性能。

# 电压分布均匀。由于具有很强的憎水性和憎 水迁移性, 难以形成连续的导电通路, 所以不会出现 电压分布不均, 形成伞裙跳弧现象。在瓷绝缘子表面涂 RT V 涂料后, 基本上防止 瓷瓶表面上水膜的生成, 杜绝了凝露的产生, 从而使

母线经由瓷绝缘子至箱体( 地) 间的电流泄漏通道不 能形成或非常微弱, 大大提高了母线的对地绝缘电

阻 值。而且由于 RTV 涂料还具有优异的憎水迁移 性, 在涂料喷涂后即使瓷瓶表面积尘赃污, 也不会引 起瓷瓶表面湿润、受潮, 母线的绝缘性能也不会受到 影响。湛江电厂、黄埔电厂等就在6 kV 共箱封母内 瓷绝缘子表面涂 RTV 涂料, 刚涂完后检测绝缘很 高, 都在 100 G 以上, 效果十分理想。但是该方法 只能算是临时措施, 一方面涂刷时难以保证均匀, 另 一方面经不起时间的考验, RTV 涂料寿命只有 3~ 5 年, 甚至短期内开始粉化脱落, 不能从根本上解决 问题, 湛江电厂施工后不够 3 年, 绝缘性能就下降很 多。

3. 4 不饱和聚脂玻璃纤维增强模塑料( DM C) 绝 缘子

从电厂运行的经验看, 造成吸潮、凝露和爬电污 闪的主要原因是绝缘子的问题, 因为只有绝缘子与 外壳相连, 其余都是空间绝缘, 不可能空间放电造成 事故。要想从根本上解决共箱封母绝缘低, 只能采 用新型的绝缘子, 避免瓷绝缘子存在的缺陷。

DM C 绝缘子是采用高温、高压一次成型技术, 将不饱和聚脂玻璃纤维增强模塑料与铜排卡座、合 金铝紧固件一次成型, 成型后表面平整光滑, 无汽泡 裂纹。DM C 绝缘子与 RTV 涂料一样同为非极性 固体介质, 具有优良的憎水性和憎水迁移性, 较涂 RTV 涂料的瓷绝缘子有以下优点:

机械强度高。瓷是脆性材料, 抗压强度好, 抗 弯、抗拉强度则较低, 瓷绝缘子会随时间的增长丧失 机械支撑能力, 即所谓的绝缘子老化或劣化。而 DM C 绝缘子的冲击强度 ∃30 kJ/ m², 弯曲强度 ∃

90. MPa, 较瓷绝缘子优越得多。

• 绝缘电阻高。在常态和浸水 24 h 后, R ∃1 010¹²   , 不会因为潮湿而受影响。
• # 阻燃、耐电弧、高耐漏电起痕性、耐热, 可在 155 !C 下长期使用。
• %爬电比距大。用于6 kV 共箱封母中, 在安装 尺寸不变的情况下, 爬电比距增大 40% ~ 60%, 常 规的瓷绝缘子爬电比距约为 27 m/ MV, 而 DM C 绝缘子达到 38 m/ MV。

& 长效性。RT V 涂料本身寿命就不长, 加上施 工的原因, 可能寿命更短, 老化后清理非常困难, 基 本上要重新更换绝缘子。而 DM C 绝缘子本身就是 具有很好的自净、憎水、憎水迁移性的材料, 寿命很 长, 从 2000 年开始在国内使用, 至今效果都较理想, 未发现绝缘降低的现象。

避雷针相反, 它利用其头部中心针、头部分裂均压针 等所产生的多条微小截面迎面先导支路组成消雷迎 面先导, 在雷电下行先导与消雷迎面先导之间的近 距离空气间阶段, 大大加快雷电下行先导的雷云电 荷的泄漏消散速度, 大幅度降低雷电下行先导的电 位, 以终止雷电下行先导与消雷迎面先导的发展, 消 除雷击现象。

应该指出, 消雷针只能在有限的保护范围内消 雷。消雷针的地面保护范围半径可按 0. 707 hr 估 算^{[ 1~ 4]} 。其中, hr 为雷电击距, 对于一、二、三类防 雷建筑, hr 可分别取 30 m, 45 m, 60 m。对于输电 线路防雷, 可在全线路、局部线路段、易击杆塔、跨越 塔( 跨越高速公路、铁路、河流) 、配变终端杆塔等的 每基杆塔顶部设置 1~ 2 支消雷针( 单避雷线杆塔 1 支, 双避雷线 2 支) 配合 1 套多层短针散流式集中接 地装置即可。

消雷针拥有完全自主知识产权, 设计合理, 制 造、施工简便, 价格低廉, 防雷效果好, 极为适合大面 积推广应用, 将是现有避雷针的替代产品。

从 近期的工程经验来看, 采用 DM C 绝缘子初 步收到理想的效果。内蒙古达期电厂、天津大唐盘 山电厂等多个电厂 6 kV 共箱封母内绝缘子均改用 DMC 绝缘子, 效果理想。该产品在广东地区得到了 进一步推广应用: 台山 3~ 5 号机组在定货时就采用 DMC 绝缘子, 随后定货的珠海电厂、惠州 LNG 电厂 均也采用了 DMC 绝缘子。

4. 结论

综上所述, 采用 DM C 绝缘子较其它提高封母 绝缘水平的手段具有无可比拟的优势。虽方案初期 投资较大, 但从根本上解决了绝缘低的问题, 从投入 使用到绝缘子寿命结束, 绝缘电阻基本上不会降低, 都保持在 1 000 M 以上, 另一方面不用停电清扫,

增加了效益。所以采用 DMC 绝缘子才是最可靠 的、没有安全隐患的解决6 kV 共箱封母绝缘低的根 本办法。