倪彬彬 王鑫

摘 要：近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，工業(yè)污染越來(lái)越嚴(yán)重，高污穢環(huán)境對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的安全運(yùn)行產(chǎn)生極大的影響，文章研究了高污穢環(huán)境對(duì)風(fēng)電場(chǎng)電氣設(shè)備的影響，并提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)制造改進(jìn)措施，以提高風(fēng)電場(chǎng)的安全性能。

關(guān)鍵詞：高污穢環(huán)境；風(fēng)力發(fā)電；電氣設(shè)備；影響

概述

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)企業(yè)的污染物排放量逐年增加，空氣污染程度越來(lái)越大。大力發(fā)展風(fēng)能等清潔能源是治理環(huán)境問(wèn)題的有效手段，而環(huán)境的污染對(duì)電氣設(shè)備的安全運(yùn)行及清潔能源項(xiàng)目的發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重的阻礙，因此研究高污穢環(huán)境對(duì)電氣設(shè)備的影響，從而在設(shè)計(jì)制造上做出相應(yīng)的改進(jìn)，對(duì)于清潔能源事業(yè)有著重要意義。

1 高污穢環(huán)境分析

1.1 高腐蝕性污染

鹽霧指大氣中由含鹽微小液滴所構(gòu)成的彌散系統(tǒng)。它的形成主要是海水激烈擾動(dòng)、海浪拍岸、風(fēng)浪破碎等產(chǎn)生微小的水滴，而后隨氣流升入空中并隨風(fēng)流動(dòng)形成鹽霧。近年來(lái)，隨著近海風(fēng)電場(chǎng)及海上風(fēng)電的大力發(fā)展，鹽霧的電氣腐蝕問(wèn)題將會(huì)日益凸顯。

酸堿類污染主要來(lái)自于人類在生產(chǎn)和生活過(guò)程中向大氣排放的污染物，特別是交通與工業(yè)廢氣的排放，這些污染物經(jīng)過(guò)擴(kuò)散、遷移和轉(zhuǎn)化，最終形成了具有酸堿性的降水。

1.2 粉塵污染

粉塵主要指粒徑小于75μm的固體懸浮物粒子。主要來(lái)源有以下兩個(gè)方面：（1）自然因素形成：火山爆發(fā)、自然風(fēng)化、森林火災(zāi)、沙塵暴等，具有偶然性、不可控性、局部性。（2）人類活動(dòng)形成：工業(yè)生產(chǎn)及礦石燃料燃燒向大氣中排放大量粉塵，是造成粉塵污染最主要的來(lái)源；交通工具排放的尾氣；采暖鍋爐、生活爐灶等。

1.3 高溫高濕污染

中國(guó)地域遼闊，緯度跨度大，由此帶來(lái)溫度和濕度的變化也是巨大的。我國(guó)東南沿海地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，夏季有持續(xù)35℃以上的高溫悶熱天氣，并且有較長(zhǎng)的梅雨季節(jié)與臺(tái)風(fēng)季節(jié)，平均每月空氣濕度達(dá)到85%。通常，當(dāng)相對(duì)濕度大于80%時(shí)，稱為高濕。

2 對(duì)電氣設(shè)備的影響

2.1 高腐蝕性環(huán)境對(duì)電氣設(shè)備的影響

酸、堿、鹽等腐蝕性物質(zhì)在潮濕環(huán)境中，能轉(zhuǎn)化為強(qiáng)腐蝕性電解質(zhì)，而電氣內(nèi)部回路常見(jiàn)的鍍銀或裸銅連接等處理工藝，對(duì)腐蝕性電解質(zhì)非常敏感，其腐蝕性能引起化學(xué)腐蝕加速、金屬電腐蝕，從而改變內(nèi)部導(dǎo)線的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)、觸點(diǎn)的傳導(dǎo)性等。而對(duì)于吸附在電氣設(shè)備表面的腐蝕性電解質(zhì)，如絕緣子的污穢層，受潮后其電導(dǎo)率會(huì)急劇增大，容易引發(fā)閃絡(luò)事故[1]。

2.2 粉塵環(huán)境對(duì)電氣設(shè)備的影響

風(fēng)力發(fā)電電氣設(shè)備需長(zhǎng)時(shí)間在外面運(yùn)行，空氣中的粉塵經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的積累會(huì)在其表面形成污穢層，當(dāng)污穢層較為干燥時(shí)，其電阻較大，電氣設(shè)備表面絕緣性能不變，當(dāng)污穢層受潮時(shí)，其電解質(zhì)溶解增加了表面電導(dǎo)率，導(dǎo)致泄漏電流增加，絕緣性能下降，最終導(dǎo)致絕緣子表面出現(xiàn)閃絡(luò)放電。

粉塵堆積于電磁鐵芯之間、電氣開(kāi)關(guān)的觸頭之間都會(huì)造成開(kāi)關(guān)接觸不良故障，導(dǎo)致電氣控制系統(tǒng)不能穩(wěn)定動(dòng)作，從而引起單相運(yùn)行觸頭粘連等現(xiàn)象，最終造成電氣設(shè)備事故的發(fā)生。

電氣設(shè)備的冷卻是由風(fēng)扇強(qiáng)迫冷卻、通風(fēng)道的排熱以及機(jī)殼散熱所完成的，而粉塵會(huì)造成通風(fēng)道堵塞或在機(jī)殼上堆積，會(huì)使電氣設(shè)備的溫升比平常情況下高出10℃以上，造成電氣設(shè)備運(yùn)行溫度過(guò)高，承載能力下降。

2.3 高溫濕度環(huán)境對(duì)電氣設(shè)備的影響

當(dāng)空氣相對(duì)濕度大于80%時(shí)，電氣設(shè)備中的無(wú)機(jī)和有機(jī)材料構(gòu)件由于受潮將會(huì)膨脹、增重、變形，加速腐蝕。如果絕緣材料選型或工藝處理不當(dāng)，則絕緣電阻會(huì)快速下降，以致被擊穿，為保證電氣設(shè)備運(yùn)行的可靠性與安全性，防潮濕設(shè)計(jì)顯得特別重要。

高濕的環(huán)境也會(huì)使金屬更易生銹，電器元件的生銹會(huì)造成電路開(kāi)路和電氣參數(shù)改變等故障，機(jī)械部分生銹會(huì)使運(yùn)轉(zhuǎn)不靈活，機(jī)件強(qiáng)度下降，增加設(shè)備負(fù)荷，引起故障。

在高溫環(huán)境下，電氣設(shè)備工作溫度較高且又難于散熱，容易導(dǎo)致絕緣材料老化，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生漏電短路或觸電事故，造成安全隱患。

3 風(fēng)電場(chǎng)實(shí)例及原因分析

2013年2月18日，龍里草原風(fēng)電場(chǎng)某箱變高壓室35kV電纜頭A相銅屏蔽層同B相避雷器閃絡(luò)放電，造成草原升壓站內(nèi)保護(hù)動(dòng)作，全場(chǎng)失電。分析認(rèn)為：龍里草原風(fēng)電場(chǎng)地處貴州省龍里縣草原鄉(xiāng)，海拔高度1600米左右，平均濕度83%；事發(fā)當(dāng)晚為雷陣雨天氣，空氣濕度95%以上；箱變的整體防護(hù)等級(jí)不低于IP56，35kV避雷器型號(hào)HY5WZ-51/134，為普通敞開(kāi)式避雷器；避雷器、35母排、35kV電纜頭安裝距離均滿足規(guī)范要求；但因當(dāng)?shù)乜諝鉂穸群艽螅由袭?dāng)晚雷電天氣，35kV線路或風(fēng)機(jī)遭受雷擊，高壓、潮濕空氣造成避雷器裸露部分同35kV電纜頭銅屏蔽層放電閃絡(luò)。改進(jìn)措施：針對(duì)龍里地區(qū)高海拔、常年空氣濕度大、季節(jié)性雷雨多發(fā)等氣候特點(diǎn)將箱變高壓側(cè)35kV避雷器設(shè)為全封閉型，并注意避雷器與電纜的距離。由此可見(jiàn)，高污穢造成的電氣設(shè)備故障可能造成嚴(yán)重?fù)p失，因此只有在電氣設(shè)備制造過(guò)程中針對(duì)其使用環(huán)境的特征進(jìn)行合理設(shè)計(jì)才能防范故障事件的發(fā)生。

4 針對(duì)高污穢環(huán)境的設(shè)計(jì)制造關(guān)鍵點(diǎn)

4.1 防腐蝕設(shè)計(jì)

對(duì)于高污穢環(huán)境下的電氣設(shè)備的防腐蝕設(shè)計(jì)，是高污穢環(huán)境下產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。其涉及涂敷工藝的選擇、導(dǎo)體連接防蝕、絕緣方法的選擇等制造工藝范疇。（1）電氣設(shè)備盡可能安裝在室內(nèi)，對(duì)于室外的電氣設(shè)備，外殼應(yīng)采用不銹鋼板或熱鍍鋅板。（2）電氣機(jī)柜達(dá)到IP54以上的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于大功率的電氣設(shè)備，盡可能采用水冷方式，避免因通風(fēng)設(shè)計(jì)造成的防護(hù)等級(jí)的降低，為減少鹽霧的侵蝕，使電氣設(shè)備在密封的柜體中工作。（3）在電氣設(shè)備安裝時(shí)，通過(guò)在導(dǎo)電端子搭接處的接觸面涂敷導(dǎo)電膏，起到抗鹽霧腐蝕的作用。（4）采用復(fù)合材料絕緣子，相比于瓷絕緣子具有重量輕、體積小、耐污性等優(yōu)點(diǎn)[2]。

4.2 防粉塵設(shè)計(jì)

粉塵對(duì)電氣設(shè)備的影響主要體現(xiàn)在降低其絕緣性能，因此防粉塵設(shè)計(jì)主要從增加絕緣距離考慮。（1）加裝爬距增長(zhǎng)器，其原理是采用新型熱縮材料，加裝于絕緣子表面，從而增大絕緣爬距，阻斷污物的連接來(lái)達(dá)到防閃絡(luò)的效果。（2）采用復(fù)合材料絕緣子，其所需的爬距比玻璃和瓷絕緣子所需要的爬距平均減小30%。（3）合理配置爬距，對(duì)于粉塵污染比較嚴(yán)重的地區(qū)，其外絕緣爬距取中、上限，只有外絕緣爬距與污染等級(jí)相適應(yīng)，才能有效地預(yù)防絕緣閃絡(luò)跳閘事故[3]。

4.3 防潮濕設(shè)計(jì)

由于風(fēng)電場(chǎng)所處環(huán)境通常屬于季節(jié)性雷雨多、常年空氣濕度大的地區(qū)，而潮濕帶來(lái)的絕緣擊穿造成的短路事故往往后果嚴(yán)重，因此防潮濕設(shè)計(jì)也極為重要。（1）采用吸濕性較低的電子元器件和結(jié)構(gòu)材料。（2）對(duì)局部防潮要求高的器件（如避雷器）采用密封結(jié)構(gòu)。（3）改善整機(jī)使用環(huán)境，如采用安裝加熱去濕裝置、空調(diào)等。（4）對(duì)于不經(jīng)常使用的設(shè)備，應(yīng)在電氣設(shè)備機(jī)柜內(nèi)放置適量干燥劑，然后用防塵罩套好。

5 結(jié)束語(yǔ)

在開(kāi)發(fā)利用清潔能源時(shí)，首先應(yīng)充分了解并掌握當(dāng)?shù)氐牡乩須庀筚Y料，并在設(shè)計(jì)過(guò)程中綜合考慮環(huán)境因素對(duì)電氣設(shè)備安全運(yùn)行的不利影響，由于各地環(huán)境因素各不相同，防止出現(xiàn)設(shè)計(jì)上照辦與套用，做好技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，合理選型，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性與安全性的平衡，才能從根本上保證清潔能源事業(yè)的良好發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[3]石世峰.變電站絕緣設(shè)備的污閃及防治措施[J].山西電力，2004（2）：47-49.

作者簡(jiǎn)介：倪彬彬（1989，10-），男，籍貫：江蘇省張家港市，現(xiàn)職稱：助理工程師，學(xué)歷：碩士，研究方向：電氣設(shè)備檢驗(yàn)與監(jiān)理。