还剩12页未读,继续阅读
本资源只提供10页预览,全部文档请下载后查看!喜欢就下载吧,查找使用更方便
文本内容:
高海拔风电场箱式变电站的特点近些年来,随着国家对清洁能源的提倡和开发,风能作为清洁能源之一得到了大力的推广高海拔地区风能资源相比照拟充足,因此大多风电场都落户在海拔相对较高的地区根据国家标准GB17467-2021高压/低压预装式变电站,高压开关设备、变压器适用的正常海拔环境为1000m及以下,低压开关设备适用的正常海拔环境为2000m及以下由于高海拔地区环境的特殊性,超过以上海拔环境的箱变必须在设计和制造上充分考虑高海拔环境对设备性能的影响,以保证其平安可靠地运行〔一〕高原气候条件对电工产品性能和电气设备的影响规律高原具有较恶劣的自然气候条件,其特征为a、空气压力或空气密度较低;b、空气温度较低,温度变化较大;c、空气绝对湿度较小;d、大阳辐射照度较高;e、降水量较少;f、年大风日多;g、土壤温度较低,且冻结期长这些特征对电工产品性能有下面四大影响规律,列出如下
1、空气压力或空气密度降低的影响1〕对绝缘介质强度的影响空气压力或空气密度的降低,引起外绝缘强度的降低在海拔至5000m范围内,每升高1000m即平均气压每降低
7.7~
10.5kPa外绝缘强度降低8%~13%.低气压对输配电设备的影响主要表现在对输配电设备的外绝缘性能下降上当海拔升高时,空气密度降低,散热条件变差,高压元器件在运行中温升要增加其额定电流可以保持不变,但空气绝缘强度在减弱,这就使得元器件外表绝缘强度也随之减弱,极易发生绝缘击穿或闪络等破坏性放电事故我们知道输配电首先要考虑的问题之一是绝缘问题,绝缘水平对运行的平安至关重要,也是影响线路和设备造价的一个主要因数随着海拔高度的增加,外绝缘放电电压会相应降低,这不仅影响输配电变电设备外绝缘的选择,而且影响线路绝缘子型式和片数的选择,影响线路杆塔塔头和变电构架的尺寸大小高海拔的影响实际是大气参数,主要是空气密度和湿度的影响,空气密度减少引起热传递效率降低,外绝缘会随着空气密度的减小和湿度的降低而降低,使通常正常的绝缘距离显得缺乏,从而使绝缘强度受到影响2〕对电气间隙击穿电压的影响对于设计定型的产品,由于其电气间隙已经固定,随空气压力的降低,其击穿电压也下降.为了保证产品在高原环境使用时有足够的耐击穿能力,必须增大电气间隙.高原用电工产品的电气间隙可按下表进行修正.电气间隙按海拔每上升1000米增加10%;3〕对电晕及放电电压的影响a、高海拔低气压使高压电机的局部放电起始电压降低,电晕起始电压降低,电晕腐蚀严重;b、高海拔低气压使电力电容器内部气压下降,导致局部放电起始电压降低;c、高海拔低气压使避雷器内腔电压降低,导致工频放电电压降低对于阀式避雷器来说,情况较为复杂,由于避雷器本身并不密封,其阀片的间距不可调,因此其火花间隙的放电电压易受空气密度的影响,所以应向设备厂商注明海拔高度,或者使用高压型阀式避雷器电晕和无线电干扰是高海拔输配电的又一突出问题,特别是超高压输电电气设备和线路导线的起晕电压会随海拔的升高而降低,还受湿度的影响,在一定湿度范围内,湿度越大,起晕电压越低例如昆明地区,海拔近2000m相对空气密度为左右,如果直接采用平原地区使用的导线、绝缘子和金具等产品运行电压下电晕问题将十分突出,它会加大线损和无线电干扰,严重时还可能发生线路电晕舞动,对线路的平安经济运行造成威胁电晕不但增加电能损耗,而且会加速绝缘老化4〕对开关电器灭弧性能的影响空气压力或空气密度的降低使空气介质灭弧的开关电器灭弧性能降低,通断能力下降和电寿命缩短a〕、直流电弧的燃弧时间随海拔升高或气压降低而延长;b〕、直流与交流电弧的飞弧距离随海拔升高或气压降低而增加5〕对介质冷却效应,即产品温升的影响空气压力或空气密度的降低引起空气介质冷却效应的降低对于以自然对流、强迫通风或空气散热器为主要散热方式的电工产品,由于散热能力的下降,温升增加在海拔至5000m范围内,每升高1000m即平均气压每降低
7.7~
10.5kPa温升增加3%~10%.a、静止电器的温升随海拔升高的增高率,每100m-般在以内但对高发热电器,如电炉、电阻器、电焊机等电器,温升随海拔升高的增高率,每100m到达2K以上b、电力变压器温升随海拔的增高与冷却方式有关,其增加率每100m为油浸自冷,额定温升的
0.4%;干式自冷,额定温升的
0.5%;油浸强迫风冷,额定温升的
0.6%;干式强迫风冷,额定温升的
1.0%;c、电机的温升随海拔升高的增高率每100m为额定温升的l%o6〕对产品机械结构和密封的影响a、引起低密度、低浓度、多孔性材料〔例如电工绝缘材料、隔热材料等〕的物理和化学性质的变化;b、润滑剂的蒸发及塑料制品中增塑剂的挥发加速;c、由于内外压力差的增大,气体或液体易从密封容器中泄漏或泄露率增大,有密封要求的电工产品,间接影响到电气性能;d、引起受压容器所承受压力的变化,导致受压容器容易破裂---高压断路器的真空泡
2、空气温度降低及温度变化〔包括日温差〕增大的影响1〕高原环境空气温度对产品温升的补偿平均空气温度和最高空气温度均随海拔升高而降低,电工绝缘材料的热老化寿命决定于平均空气温度高原环境空气温度的降低可以局部或全部补偿因气压降低而引起电工产品运行中温升的增加环境空气温度的补偿值为2〕日温差或温度变化对产品结构的影响高原空气温度的日温差大较大的温度变化使产品外壳容易变形、龟裂,密封结构容易破裂----对于高压开关柜内的环氧树脂浇注产品,如电流电压互感器、绝缘件
3、空气绝对湿度减小的影响1〕、绝对湿度对外绝缘强度的影响平均绝对湿度随海拔升高而降低绝对湿度降低时,电工产品的外绝缘强度降低因此要考虑工频放电电压与冲击闪络电压的湿度修正湿度修正以零海拔时的平均绝对湿度llg/m3为基准,具体修正按中有关规定2〕、绝对湿度对电机换向及炭刷磨损的影响绝对湿度的降低使换向器电机的换向火花增大,同时使电机炭刷的磨损率增加
4、太阳辐射照度,包括紫外线辐射照度增加的影响1〕高原热辐射增加的影响海拔5000m日寸最大太阳辐射度为低海拔时相应值的倍,热辐射对物体起加热作用对于户外用电工产品,太阳热辐射的增加引起较大的外表附加温升,降低有机绝缘材料的材质性能,使材料变形,产生机械热应力等影响2〕高原紫外线辐射增加的影响紫外线辐射照度随海拔升高的增加率比太阳总辐射照度的增加率大得多,海拔3000m时已达低海拔时相应值的2倍紫外线引起有机绝缘材料的加速老化,使空气容易电离而导致外绝缘强度和电晕起始电压降低从上述四大影响看出,高、低压成套开关设备使用在高原环境上的设计应该减低这些影响,提高绝缘配合,同时增大电气间隙,在选择材料上和器件上综合考虑,从结构设计和选择高原型器件入手,解决相关技术问题,其主要实现手段就是要从产品设计层面考虑〔二〕高污秽环境对电气设备的影响针对高污秽环境下重点是产品设备耐腐蚀、耐潮湿、耐盐雾的问题,这些腐蚀的问题都是来自一线质量事故或技术问题的总结高污秽环境对电气设备的影响重点表现在以下三方面:
1、整个电气回路〔一次、二次〕和铜排连接的腐蚀影响高、低压成套开关柜使用在一些使用环境出现高污秽腐蚀性气体或盐雾或粉尘等的电气室时,必然这些气体或粉尘等在接触潮湿性环境后,即可会转化成很强的腐蚀性〔转化为酸〕,如S02H2S氯气、盐雾等气体,而电气回路中常见处理工艺如镀银等或裸铜连接对这些强酸非常敏感,粉尘或气体一旦转化为强酸,就会腐蚀开关柜的电路局部,改变导线的化学性质和物理性质,触点的传导性等数月后可出现的明显后果为a〕、裸铜母线的颜色变化铜的一些部位变为浅蓝色/铜的一些部位变黑/脱落〔粉化效应〕b〕、腐蚀镀银母线和镀银开关接头〔开关器件连接端头或内部触头〕,导致银线突出〔银须效应〕;c〕、本地母线的过热,母线接合点的传导性降低,从而导致过热;d〕、可抽取式镀银触点〔电插头辅助滑动/插入式触点〕开始氧化,它们变黑,并开始出现过热;e〕、开关开始出现过热、或停止运行;f〕、腐蚀带有裸露外表的电缆〔电力线或辅助电线〕,导致出现爆裂、高电阻等情况这些缺陷通常迅速出现于制造商的保质期内,直接影响开关柜的电气性能如果是一次线路出现问题,将出现温升过热,接地故障等事故;如果是二次线路出现问题,却出现误分,误合或拒动作或误报等等缺陷,直接影响产品的运行功能,事故后果非常严重,将会造成大面积的停电以及破坏供电系统的稳定性这些现象通常出现在以下领域通用工业流程中石油和天然气,化工,冶金、造纸或纸浆厂、水泥,污水处理工厂、海岛或港口工程,船舶或海上石油钻井平台等等使用领域
2、结构零件在高污秽环境下的腐蚀影响据于上述使用环境中,结构零件按常规的处理,也将出现腐蚀情况结构零件的外表处理工艺是直接影响这些情况的原因,漆膜工艺和厚度,镀锌层工艺、附着力和厚度等等指标都应根据使用环境严酷程度不同,按等级进行标准,有目的选择对应的防护漆或镀锌层厚度,减轻腐蚀的作用,加强电化腐蚀和化学腐蚀的防护措施结构零件的腐蚀也会直接或间接影响产品的性能,尤其一些承当动热稳定性的应力的结构零件,如母线横梁等,导致结构强度不够,最后影响成套开关设备的性能,如耐受短路强度等等;柜体结构的紧固件的腐蚀也是常见现象紧固件的腐蚀将直接影响到结构的强度这些情况都是结构零件在高污秽环境下的腐蚀影响
3、元器件在高污秽环境下的腐蚀影响元器件在高污秽环境下的腐蚀也是存在的,其腐蚀后造成的影响是显而易见的,其后果也很严重主要在于局部选型人员未能关注环境因素下来选型,在这些特殊使用环境下,元器件的设计和制造工艺是经过特殊处理过的,包括其电路的工艺设计、塑料的材料构成、接头端子等这些措施可以使开关器件等有耐盐雾、耐腐蚀、耐潮湿等特性,国外的器件在这些方面做得比拟标准,如施耐德电气公司的大局部低压器件就有专门使用在3C1或3C2等级的特性选型时可以咨询相关的技术支持部门器件作为成套设备的主要构成,其可靠性和平安性是非常关系到成套设备产品的质量优劣,器件的选择非常关键,所以在高污秽的环境下元器件选型一定要选择适合的型号,来保证三防功能的实现从上述三方面的情况可以得知,在高污秽环境下,高、低压成套开关设备的设计和制造,必须从器件的设计选型开始,就应注重环境因素的选型;并在产品制造工艺设计入手,解决电路耐腐蚀的问题和结构零件的外表涂敷防护问题,尽量减轻腐蚀性气体或粉尘等造成的腐蚀问题其主要实现手段就是要从产品制造工艺设计层面考虑〔三〕基于特殊环境因素下高、低压成套开关设备设计和制造的几个关键点从以上两种不同环境因素对设备产品造成的影响来进行实际产品的研发设计必须要注意以下几个关键点,其设计的关键点主要涵盖三大局部,一是,开关器件和控制器件的选型;二是,一次、二次线路的布置和导体的防护措施;三是,采用不同结构设计下面根据公司已经成功开发的高原型12kV交流金属封闭开关设备KYN44H4-12和低压成套开关设备BWL16及高污秽环境条件下低压成套开关设备的工艺控制规那么进行阐述
1、高原型高、低压成套开关设备开关器件的选型很重要,尤其高压器件,现在常用采取的方法是选择为高海拔地区专门研制的专用电气设备,如采用高原型变压器,高原型真空断路器等,对于柜内导体间、导体对地间的空气间隙按高海拔地区绝缘距离要求处理,防止绝缘击穿,或采用更高电压等级的电气设备,如电压、电流互感器及绝缘子套管等,其电气间隙和爬距等来满足上述海拔高度升高而需修正的系数而对于控制器件,一般为电子器件,弱电控制,可靠性较高,受海拔高度的影响较小,容易解决高海拔的影响问题低压成套开关设备的主开关选型要注意其绝缘电压适当大些,正常的电网额定电压为400v在4000m海拔,可以选用绝缘电压为1000v的框架开关和塑壳开关,保证外绝缘强度裕度大些,从而减轻高海拔低气压的影响,需要注意的是,低压元件电流互感器等要选用特殊处理过加大爬距和电气间隙的产品,来保证二次侧的工频耐压等指标能通过,其他二次侧弱电的器件根本上可以按普通型的器件进行选择以上是高原型成套设备对于器件一些选型设计的经验方法,关键点在于要满足和考虑以下四点要求a、外绝缘强度裕度要足够大,必须满足高海拔空气密度下降造成的外绝缘强度下降而进行修正的要求,从而产品的耐冲击电压和工频耐受电压到达高海拔使用的要求;b、对于成套器件内部机械传动件,如操作手车、脱扣器等要考虑高原温度变化大而造成材料变形对公差的影响,这些在设计对应器件时要加以考虑;c、空气压力或空气密度的降低引起空气介质冷却效应的降低,造成温升升高的影响,尤其大电流器件,需考虑降容使用,其降容系数根据海拔高度不同而确定,具体要参看器件生产厂家的技术说明d、绝缘材料的选择,应尽量选用受温差变化不大和防老化程度高的绝缘材料〔如DMC或SMS模塑料等〕,在保证高强度的同时,变形量和老化程度较小,适应其对绝缘配合要求较高的地方,如低压的母线框等,同时应注意海拔高度修正系数要求的爬电距离、电气间隙尺寸要求而对于高污秽环境下使用的器件,必须要注重环境因素的影响在选型时要依据其现场存在的环境情况,如有H2S、S02气体存在,或有盐雾环境,或有大量的有腐蚀性的粉尘等等,分别对待随着国际上对环境技术的深入研究,已有不少专门器件来应对各种不同使用环境,这些在一些大型跨国电气公司中元器件选型手册中已经有所表达,选用适合的电气元件是个关键点如有盐雾环境要求,可以选用船用的元器件,如H2S、S02气体存在,可以选用3C1或3C2等级的元器件,如有粉尘,可以选用高防护型的器件,等等
2、一次、二次线路的布置和导体的防护措施高原型成套设备对
一、二线的布置要求较高,整个母线系统要进行重新设计要考虑电气间隙和爬电距离必须按照高海拔的修正系数进行修正,整个空间布置要合理、美观和母排最短设计为原那么,考虑温升散热情况,合理布局设计中压成套按1000m海拔高度为基准,海拔系数修正根据机械行业标准所确定的系数进行修正不同海拔高度,其修正系数不同,只要不影响结构外形尺寸大太,可以尽量升高海拔高程,因为按其修正系数的规律,更高海拔的修正系数可以兼容下个等级的高度,这样可以减少设计种类,减少海拔高程所造成的多种类,方便标准化图纸低压成套按2000m海拔高度为基准设计,修正系数同中压一样进行修正由于低压成套的电气间隙、隔离距离、爬电距离都较小,修正值也较小;但在装配尺寸设计和装配工艺要求中必须要对此值进行修正,以满足海拔高程的修正要求而对于高污秽环境下的电路腐蚀的防护,即导体的防护,是高污秽环境下产品设计的重点和难点其涉及导体涂敷工艺的选择,绝缘方法的选择、导体连接防蚀等等制造工艺范畴,常用的工艺方法有如下几方面内容a、导体的外表防护目前高、低压成套开关设备内部导体一般选择为铜材,裸铜的腐蚀大多为电化腐蚀和化学腐蚀基于铜材杂质的存在,在潮湿的空气环境中容易起电池效应,铜被氧化而腐蚀;或铜在酸的直接作用下而腐蚀,故可以在导体的外表加层防护膜,隔绝与空气、和酸等物质接触一般常用的防护工艺方法有导体全长镀锡,或包热缩套管,或硫化绝缘,或刷黑漆〔三防漆种〕,或全长镀镣,或镀镣加铭等等方法这些方法均可以实现其目标,但取决于其经济性b、导体的连接防护在高污秽的环境下,导体之间连接的防护也很关键,不推荐使用镀银工艺;最好还是使用镀锡工艺,强腐蚀地区可以选择使用镀镣工艺进行因为镀银工艺镀银层非常容易出现电化腐蚀现象,出现银须效应,尤其在有硫化物存在的环境中C、接线端子的防护端子局部也不能镀银处理,镀锡或镀镣都是一种选择,还有镀铭处理工艺也是可以的,重点要求的就是防腐蚀要求常用的是推荐镀锡工艺,注意的是辅助电路所用的接线端引脚等都必须镀锡d、电线电缆的防护电源电缆和辅助电缆应为全镀锡的铜电缆切忌使用裸铜电缆或局部镀锡的铜电缆所用电缆必须具备PVC绝缘,装配电源和控制电缆的接线片应镀锡,应使用橡胶套管遮盖电缆的非绝缘部件和压接区域等等防护要求,需要注意的细节是对接地铜带也要作镀锡处理,以保证接地连续性e、关键部位的防护如低压MCC成套柜的垂直母排,除了防护外,还会使用周期内经常插拔的现象,要求有耐磨的性能,所以有些关键部位的镀层防护可以采用镀镣或镀铭来实现,不仅能防腐蚀,而且实现耐磨的性能还有可以按西门子SIVAC0N8PT柜型实现对关键部位的防护
3、采用不同结构设计高原型成套开关柜的结构设计关键地方在于布置有足够的空间位置来进行母线系统的安装,据于上述电气间隙,爬电距离和隔离距离等尺寸参数需要根据海拔修正系数进行修正,故有别于常规产品在结构尺寸链关系上要考虑和预留出基于海拔因素下的更大些的尺寸,所以整个结构要作重新的设计如今,结构设计都在三维软件上设计,给于尺寸干预的检查可以直接使用修正后的数据在选联母排四周的装配零件干预检查,均按修正后的数据进行,这样设计仿真模拟便于保证相应电气间隙、爬电距离的尺寸满足修正要求;同时也要关注到飞弧距离受海拔因素的影响,布置器件安装位置时也应该适当考虑,飞弧距离要增加的情况,总之高原型成套开关柜的结构设计一定要综合考虑尺寸链关系变化的情形设计出符合修正值要求的结构而对于高污秽环境下的结构设计,一方面要保证更高防护等级的封闭开关柜的设计实现,在结构设计要考虑保证防护等级的实现,改善设计不合理的地方;另一方面,对照相关国家、行业标准的要求,选择适宜的金属材料,如使用耐腐蚀能力强的进口敷铝锌钢板或不锈钢板在金属板材的外表处理工艺规定进行规范,如在工艺流程中加钝化处理,或二道涂漆工艺〔先防锈底漆涂敷后再面漆〕等,同时考虑漆种的选择,涂层厚度、涂层附着力及质量检测标准等,内部结构件如用镀锌件,也要标准相应的镀锌工艺要求,如镀锌工艺流程、镀锌层厚度和锌层附着力等对于钥接螺钉、自攻螺钉、螺栓、垫圈、螺母等等金属紧固件的外表处理规定要求按盐雾试验的结果进行抽检,保证产品的质量稳定,来到达防蚀要求这些层面都有专门的工艺文件资料要求进行标准,最终能在零件级工艺设计到达要求高、低压成套开关设备在电力系统中处于电网用户侧或电厂工业流程尾端量大面宽,所以使用环境多种多样其中就有市场需求面宽广的适用特殊环境〔即高海拔环境和高污秽环境〕下的产品开展方向故本文根据这些需求和开展方向简要介绍了环境技术的慨况,综合了两种特殊环境下对高、低压成套开关设备设计和制造的影响,提出了相应的解决方案和思路,同时也指明了基于特殊环境因素下高、低压成套开关设备设计和制造的几个关键点,并具体运用到实际的设计过程中,最终保障使用两类环境下的产品顺利开发和设计起到指导作用,同时保证产品质量,满足了社会的需求不同海拔高度设备外绝缘水平选择表5—2海拔2000m设备外绝缘水平选择表5—3海拔2500m设备外绝缘水平选择备注:招标技术标准书按表中较高值要求海拔1000m及以下设备外绝缘按国标值要求,但应选择较高值;海拔1000m〜1500m设备外绝缘按海拔2000m选择表中较低值要求使用地点的海拔高度/m010002000300040005000相应大气气压/kPa电气间隙修正系数以零海拔为基准以1000mm海拔为基准以2000mm海拔为基准系统标称电压〔kV〕设备最高电压〔kV〕雷电冲击耐压〔kV〕短时〔lmin〕X频耐压〔kV〕相地、相间断口相地相间断口断路器隔离开关断路器隔离开101285759585958542424249352402152702402702409595118118663253753751551551971971101265506306306502302302652653002202529501150105011501050395395460460系统标称电压〔kV〕设备取电压〔kV〕雷电冲击耐压〔kV〕短时〔lmin〕I频耐压〔kV〕相地、相间断路器、隔离开关断口相地相间断路器、隔离开关断口10128575958542424935250230285265959511866350325410375155155210197110126550630230230265220252105095012001100395395490460。