摘要:箱式变压器是20世纪60年代至70年代欧美等西方的发达国家推出的一种一种集高压电器设备、电力变压器设备组合在一体的新型变电设备,它具有组合灵活、便于运输、迁移、安装方便、无污染、运行安全可靠、维护方便等诸多优点。但是箱式变压器本身的结构决定了箱变柜体内部电气设备透风条件差,从而造成箱变内部的空气湿度较高,甚至在箱壁或电气元件上有凝露现象。对箱变特别是其内部电气元件长期安全稳定的运行产生很大影响,为保证设备的可靠工作,对柜体内防潮、防凝露提出了更高要求。本文结合我风电场实际情况,对箱式变压器防潮、防凝露办法进行研究和论述。
关键词:箱式变压器;电气元件;凝露;稳定运行
一、研究背景
我风电场200台发电机组分别配备一台美式ZGS11-Z?F-1600/36.75型箱式变压器,
此变压器为全密封式,高、低压侧分别有独立操作室,箱变外壳均用烤漆的钢板制成,箱变整体坐落在混凝土基础上。为保证高低压侧地埋电缆的进出,在箱变底部有深约2米的电缆沟。箱变底部因高压操作室内有电缆沟进出口。由于部分箱变基础与混凝土连接处密封不严,夏季雨水渗入电缆沟内,见图2.1。潮湿的电缆沟使箱变底板腐蚀、生锈严重,高低压电缆受潮绝缘下降;同时积水并不断蒸发,潮气顺着电缆沟盖板处进入操作室,导致操作室湿度较大,操作室内部的断路器、智能控制器等电气设备长期在潮湿的环境下运行,电子元件加速老化,严重影响其使用寿命。
秋季气温日偏差大、箱变运行产生热量,早、晚时柜体内壁表面温度下降到露点温度,操作室内壁表面、顶部就会发生水珠凝结现象,见图2.2。冬季内壁就产生成片结冰现象。但天气转暖时,冰珠融化成片(水珠)掉落,特别操作室顶部的冰珠融化时,易造成箱变低压侧铜排短路及开关设备内部引起爬电、闪络事故。
图2.1电缆沟内积水图2.2操作室内壁凝露
二、研究目的
通过对箱式变压器操作室湿度大、凝露等原因进行多方位分析,主要针对造成凝露的原因进行分析,提出改善方案,进行数据采集验证,以减少湿度对电气设备的影响,保证箱式变压器长期安全稳定运行。
三、凝露的产生及对设备的危害
1.凝露的产生
所谓的凝露现象是指,柜体或设备表面温度下降至露点温度以下,且柜内湿度较大时,柜体或设备表面会发生水珠凝结现象,这个现象称之为凝露。所以形成凝露的一个主要因素就是湿度较大,分析原因主要以下几点:
(1)控制柜底部潮湿,甚至有的电缆沟有积水,水蒸气上升至柜内导致柜内湿度较大。
(2)地区湿度高,气候温差变化大,形成凝露。
(3)控制柜空间较大,而设备内除湿加热器功率较小(具体数值),在高湿度的环境下不能有效的除湿,造成凝露。
2.凝露对设备的危害
电气工程中,湿度对电气设备的影响主要是绝缘强度、霉菌生长、金属腐蚀。(1)湿度对绝缘强度的影响。
湿度偏高,降低了电气设备绝缘强度,空气中的水分附着在绝缘材料的表面,使电气设备的绝缘电阻降低,设备的泄漏电流大大增加,造成绝缘击穿,产生电气故障。
(2)湿度对霉菌生长的影响
潮湿的空气有利于霉菌孢子发芽生长。霉菌形成后,霉菌细胞中含有大量的水分,当菌丝呈网状布满绝缘体表面时,不仅产品绝缘性能大大降低,而且影响设备外观和标志。霉菌在代谢的过程中,往往会分泌出酸性物质。使导电金属和电接触材料产生一层晦暗膜,导致接触电阻增大。如果长期处在这样环境中会腐蚀电路,将降低仪器精度,或造成设备故障,甚至烧毁仪器。
(3)湿度对金属腐蚀的影响
电气设备中的导电金属、导磁硅钢片受到腐蚀后,将严重降低设备的性能和使用寿命。当相对湿度达到一定数值后,金属的腐蚀会突然加快。钢铁因腐蚀发生的性状改变,就是平常说的“生锈”。
四、凝露的预防措施
根据凝露的形成原因及防凝露的原理进行总结,主要有以下几点防范措施。
1、我国柜体中采用自动加热除湿控制器防止凝露已有十几年历史,这种加热除湿控制器在抗潮湿、防凝露保证高压设备可靠运行起到了积极作用;
2、将操作室进行隔离,防止湿气进入操作室内;
3、对箱变基础与混凝土结构连接处进行密封,防止雨水进入电缆沟内;
4、增加操作室的通风,降低操作室内的湿度来防止凝露;
5、增加电缆沟的通风,减少电缆沟的湿度。
五、研究方法
我风电场人员在公司相关领导下,根据凝露的预防措施并结合气候特点及现场箱变安装情况,对箱变凝露情况进行研究。制定研究方法,并不断完善。根据现场观察及采集数据结果表明潮湿状况能够得到明显改善。具体研究方法如下:
1、采用自动除湿加热控制器
我场箱变自带凝露控制器及配套的功率为150W的除湿加热器,然而我公司变压器的高低压侧操作室是用钢板进行简单隔离,两室空气可以相互流动。两室空间为5m?,在这样大空间、高湿度的情况下45W的除湿加热器不能起到明显的除湿效果。如果将除湿加热器更换为大功率的,对除湿可能会起到明显效果,但操作室内空气流动慢,大功率的加热器会造成局部过热引起火灾等安全隐患,所以这一方法可行性低。
2、将操作室进行隔离
在高压操作室侧有一电缆沟盖板封堵的电缆沟进出口,及用防火泥封堵的电缆穿引孔洞,如果将其密封必定会减小操作室的湿度。但是如果将电缆沟进出口完全密封会给电缆的检修、预试带来困难,所以要用一种简单的方法在减弱潮气上升的同时,降低电缆检修、预试的难度。同时在巡视过程中发现,电缆沟顶部的箱变底板在长期潮湿的环境下出现了不同程度的斑点锈蚀,如果不进行治理可能会使箱变底板腐烂,严重影响其使用寿命。
3.对箱变基础与混凝土连接处进行密封
如果将箱变基础与混凝土连接处进行密封,夏季雨水不能进行入电缆沟内,电缆沟的湿度一定会减小,但是坑窖效应的存在,此方法只能在一定程度上减小湿度,不能有效抑制。
4.增加电缆沟的通风
如果外界没有雨水进入电缆沟,同时增加电缆沟的通风来减弱地窖效应电缆沟内湿度必定会有明显减小,其上方的操作室湿度也会有明显降低。
5.增加操作室的通风
将操作室进行隔离后如果增加操作室的空气流动,操作室的湿度会进一步降低。
六、整改措施
根据以上的研究方法最后制定一系列的整改措施:
1.为减小电缆沟内的潮气进入上方的操作室内,同时方便电缆的检查、试验,我们在电缆沟盖板下方铺一层塑料。对电缆的进出口用防火泥进行了重新封堵,见图6.1.来控制湿气的上升。
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图6.1电缆孔防火封堵
2.为防止雨水进入电缆沟内,我们将箱变底部与混凝土基础连接处的缝隙用密封胶对进行密封,外侧用水泥重新进行封堵,见图6.2。
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图6.2连接处水泥封堵
3.为抑制地窖效应带来的潮湿,要增加电缆沟内的空气流动。为行成空气对流增加电缆沟空气流动,我们在箱变两侧散热片下方,箱变底部与电缆沟连接处各加装一个通风孔。为了防止老鼠、虫子、柳絮等进入电缆沟,我们在通风口处加装了纱网,见图6.3。
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图6.3散热片下方加装通风孔
4.为了降低控制室湿度,在操作室上部两侧开出50mm×150mm长方形导气孔,根据设备防尘及防雨的需要在外侧装有防雨罩。但经技改后观察内部湿度无明显改观,而且春季顺着此通风孔会进入操作室大量灰尘,会影响设备的运行环境。所以在试验期间做1台整改后未进行此项工作。
5.对箱变底板锈蚀情况,我们做出了对锈点打磨,并喷涂防锈漆的处理。防止锈蚀恶化,造成不必要的损失。
七、整改后情况观察及数据采集分析
在200台变压器中选取10台进行了前期的试验整改,并进行了对整改后的情况观察及数据采集工作。通过对整改后10台箱变电缆沟及控制室的观察,上述整改措施明显改善了电缆沟及控制室的湿度。在整改后30天时电缆沟明显变得干爽了,秋冬季节整改后的10台变压器操作室均无凝露,结冰现象。
我们分别选取5台整改及未整改的变压器,在电缆沟及操作室内分别悬挂温湿度计,对其进行数据采集见图7.1、记录,见表
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7.1。
图7.1数据采集
通过2个凝露季节对实际情况的观察及数据分析不难得出结论,上述一系列技改措施大大改善了电缆沟及控制室的湿度,控制室内不再有凝露现象,增强了我场箱式变压器的安全运行系数。对箱式变压器长期稳定的运行打下了良好的基础。现我风电场已经逐台进行了上述技改工作。
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