CN104615169A - 离相封闭母线恒定低压连续补气微正压方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离相封闭母线恒定低压连续补气微正压方法，它基于离相封闭母线恒定低压自适应连续补气微正压装置实现，装置包括压力储气罐和冷干机，压力储气罐和冷干机通过管道连接，冷干机通过管道分别与多台套微正压控制柜连接，每台微正压控制柜分别与一组三相封闭母线连接，三相封闭母线与微正压控制柜之间设置有减压阀，压力储气罐与补气供气系统连接，压力储气罐容积V_c的计算公式为：V_c＝Q_w×(P_w+P_a)×T/ΔP，其中Q_w为微正压装置总补气流量，P_w为母线入口压力，P_a为标准大气压，T为补气时间，ΔP为空压机启停压力差。该方法适用各种规格的离相封闭母线，能起到长期稳定建压、减少补气量、减小运行维护工作量的作用。

Description

离相封闭母线恒定低压连续补气微正压方法

技术领域

本发明属于水利水电及火电工程机电技术领域，更具体地说是一种离相封闭母线恒定低压连续补气微正压方法，它适用于大容量水力或火力发电机组配套的离相封闭母线防凝露措施。

背景技术

大型水电站或火电厂发电机主引出线一般均采用离相封闭母线，由于离相封闭母线是连接发电机和升压变压器的唯一电气通道，因此要求具有较高的可靠性。根据水电站或火电厂的运行方式，特别是水电机组启动频繁，封闭母线由于呼吸作用，其外壳内部不可避免的会吸入潮气及灰尘，从而降低封闭母线的绝缘水平，甚至危及机组的安全稳定运行。因此离相封闭母线一般都设有防凝露系统。目前，水电站或火力发电厂离相封闭母线采用的防凝露措施主要有：空间加热器、微正压系统、通风除湿装置等。

空间加热器的原理是在母线外壳内设置一组由湿度控制的电加热装置，通过内部加热的方式，干燥母线内部气体，达到防凝露效果。该方式需在母线外壳上设置加热器底座，并需由电站提供220V电源。

通风除湿方法的原理是在母线上设专门的通风循环管路，通过风机利用类似强迫风冷的原理将母线内的空气排出和干燥，再充回母线内，且一般在机组启动前投入，机组运行时停用。

微正压原理是在母线内部充入一定的干燥气体，使母线外壳内的气体压力略大于外界气压，从而避免或减少潮气、灰尘进入母线内部，由于内部气体露点低，从达到防凝露的目的。传统的微正压方式均采用分散气源、高压、间断补气方式，即每台套母线单独设置一套补气装置，当母线内部压力低于600Pa时开始补气，达到2500Pa时停止。该压力范围较大、压力值偏高，由于漏气量和内部压力成正比关系，因此在间歇补气方式下母线系统漏气量较大，母线内部压力始终处于波动状态，易导致母线内部的微正压无法长期建立或稳定。已知的关于封闭母线微正压原理或装置的有关专利，如“热风保养微正压控制系统”(专利号：201020155418.7)、“离相封闭母线防凝露干燥系统”(专利号：201020500292.2)、“封闭母线微正压控制装置”(专利号：200520122648.2)均是基于这种传统的分散气源、高压、间断补气方式；离相封闭母线恒定低压自适应连续补气微正压装置(专利号：201220351556.1)公开了微正压补气方式，但合理的补气端压力取值、补气流量以及压力储气罐容积大小是微正压系统是否有效实施的关键要素。

根据目前国内封闭母线的运行经验，传统方式下的微正压系统的成功率极低。主要反映在微正压空压机启动频繁，易发生过压故障，高压导致母线漏气率过高，补气量过大，微正压难以长期建立和稳定等问题上。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有背景技术的不足之处，而提供一种离相封闭母线恒定低压自适应连续补气微正压方法，该方法适用所有电站(厂)、各种规格的离相封闭母线，尤其对于长度较长的母线，更能起到长期稳定建压、减少补气量、减小运行维护工作量的作用，对设备节能降耗、提高运行可靠性、免维护等方面具有重要意义。

本发明所设计的离相封闭母线恒定低压自适应连续补气微正压方法，基于离相封闭母线恒定低压自适应连续补气微正压装置实现，所述装置包括压力储气罐和冷干机，所述压力储气罐和冷干机通过管道连接，所述冷干机通过管道分别与多台套微正压控制柜连接，所述每台微正压控制柜分别与一组三相封闭母线连接，所述三相封闭母线与微正压控制柜之间设置有减压阀，所述压力储气罐与补气供气系统连接，其特殊之处在于，所述压力储气罐容积V_c的计算公式为：

V_c＝Q_w×(P_w+P_a)×T/ΔP

其中Q_w为微正压装置总补气流量，P_w为母线入口压力，P_a为标准大气压，T为补气时间，ΔP为空压机启停压力差。

优选地，所述微正压装置总补气流量Q_w与母线入口压力P_w成正比例关系，记为

Q_w＝K₁×P_w

其中K₁为微正压装置补气流量-出口压力系数，所述微正压装置补气流量-出口压力系数K₁的取值范围为0.8～1.5。母线入口压力P_w即离相封闭母线内的恒定压力，需要维持的离相封闭母线内的恒定压力越大，所需微正压装置向母线补气流量则越大，其比值范围为0.8～1.5具体数值与工程现场布置有关。

优选地，所述补气供气系统为空压机，所述补气供气系统的供气量根据空压机要求生产气体流量Q_k确定，所述空压机要求生产气体流量Q_k的计算公式为：

Q_k＝ΔP×V_c/(T×P_a)+Q_d

其中Q_d为微正压系统在标准大气压下的补气流量。空压机要求生产气体流量由压力储气罐在标准大气压下的补气流量和微正压系统在标准大气压下的补气流量Q_d组成。

优选地，所述微正压系统在标准大气压下的补气流量Q_d的计算公式为：

Q_d＝Q_w*(P_w+P_a)/P_a。

优选地，所述微正压装置出口压力Pw为300～600Pa。300～600Pa的压力范围使母线内外压差不大，能有效的减少漏气量。

优选地，所述补气时间T为10～20min。当空压机停止工作时，压力储气罐内的气体能继续向封闭母线内维持补气10～20min，有效减少突发事故对封闭母线内湿度的影响。

优选地，控制所述压力储气罐和微正压控制柜内的压强均为700000Pa。采用两级减压的方式保证母线内部微正压的稳定性，将进入压力储气罐和微正压控制柜的气体压力控制在700000Pa，实现一级减压，再通过与三相封闭母线连接的减压阀进一步减压，使进入母线的气体压力为300～600Pa。

本发明的目的是通过如下原理来达到的：以水电站、火力发电厂的离相封闭母线系统(多台机)，利用电站或电厂的工业气源，集中设置干燥气体装置，采取了集中气源、低压、连续、恒压补气的新方法，通过计算设置合理的储气罐容积、空压机生产气量、储气罐补气时间和分级减压，以较低、恒定的出气口压力值(300～600Pa)向母线内部连续补气，使母线内部压力始终维持在一个较低的水平，且基本保持恒定。由于补气流量由母线入口压力和母线内微正压的差值决定，因此可以实现自适应补气，即漏气量大则母线内部压力降低，相应补气流量增大，反之亦反之。母线内外压差不大，因此能有效的减少漏气量，从而从原理上保证了微正压正常建立及长期稳定的可行性。

本发明为满足母线补气量和其密封性能相适应且能保证长期稳定微压的要求，重点对微正压系统的补气端及母线入口的压力取值和补气流量进行研究，其参数的设定是形成低压连续补气方案的重要技术组成部分：(1)母线入口压力的确定是保证母线内部微正压稳定建立，并达成母线在各种工况下自适应(微压平衡)的关键，在考虑停机(冷)状态、负荷运行(热态)下，母线内部压力和漏气量的变化及关系，确定合理的补气端恒压值。(2)根据单台机组封闭母线内部母线容积(由外形尺寸和长度确定)及在拟采用的连续补气压力下的漏气量，确定单台机组微正压装置总补气流量(m³/h)，并根据机组台数选择电站(电厂)整个微正压系统所需气量即微正压装置总补气流量，其中包括压力储气罐容积的确定。(3)两级减压的相关参数的确定，并设定补气系统高、低压报警值。

本发明方法效果显著，容易实现，适用所有电站(厂)、各种规格的离相封闭母线，尤其对于长度较长的母线，更能起到长期稳定建压、减少补气量、减小运行维护工作量的作用，对设备节能降耗、提高运行可靠性、免维护等方面具有重要意义。

附图说明

图1为本发明的系统原理图。

图2为本发明中经多级减压后终端控制柜向封闭母线供气的结构示意图。

图3为图2的结构侧视图。

图中1.储气罐，2.冷干机，3.终端控制柜，4.封闭母线，5.减压阀，6.补气管，7.安全阀，8.压力表。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已，同时通过说明使本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

本发明基于离相封闭母线恒定低压自适应连续补气微正压装置实现，离相封闭母线恒定低压自适应连续补气微正压装置主要采用了集中气源、大容量储气罐、多级减压的原理，具体系统包括压力储气罐1和冷干机2，压力储气罐1和冷干机2通过管道连接，冷干机2通过管道分别与多台套微正压控制柜3连接，每台微正压控制柜3分别与一组三相封闭母线4连接，三相封闭母线4与微正压控制柜3之间设置有减压阀5，压力储气罐1与空压机连接。

根据气体状态方程，在补气时间T内进入三相封闭母线4的微正压气体的体积与压强的乘积等于压力储气罐1的容积与压强的乘积，压力储气罐1内的压强为空压机的启停压力差，即

V_c×ΔP＝Q_w×(P_w+P_a)×T

则压力储气罐1容积V_c的计算公式为：

V_c＝Q_w×(P_w+P_a)×T/ΔP

其中Q_w为微正压装置总补气流量，P_w为母线入口压力，P_a为标准大气压，T为补气时间，ΔP为空压机启停压力差。

压力储气罐1为二个并联的储气罐组成。冷干机2由二台并联的冷干机组成，封闭母线4的外壳设有补气管6(如图1、图2、图3所示)。

压力储气罐1内的微正压气体由空压机产生，则空压机要求生产气体流量Q_k包括压力储气罐1在标准大气压下的补气流量和微正压系统在标准大气压下的补气流量Q_d。

空压机要求生产气体流量Q_k的计算公式为：

Q_k＝ΔP×V_c/(T×P_a)+Q_d。

微正压系统在标准大气压下的补气流量Q_d的计算公式为：

Q_d＝Q_w*(P_w+P_a)/P_a。

以某地下电站为例，该电站共装设6台单机额定容量为700MW的立轴混流式水轮发电机组，6台机组封闭母线(三相)长度分别为220m、180m、200m、160m、185m、160m，经过分析计算，相应的补气流量分别为≥60m³/h、≥45m³/h、≥52m³/h、≥38m³/h、≥47m³/h、≥48m³/h，则微正压装置总补气流量Q_w确定为300m³/h，即5mm³/min。为了保证在封闭母线各种工况下供气系统均能可靠平稳有效供气，采用两台空压机、两台压力储气罐1和两台冷干机2组成的供气单元给封闭母线供气，其中两台空压机和两台冷干机2均为一台工作，一台备用。

封闭母线微正压供气系统设备选型计算要点如下，压力储气罐1容积V_c要求在不启动空压机的条件下，压力储气罐1向三相封闭母线4连续供气10～15分钟，母线入口压力P_w设定为300Pa，则压力储气罐1供气前后压降可依据空压机的启停压力差ΔP进行确定，其计算公式为

V_c＝Q_w×(P_w+P_a)×T/ΔP

其中Q_w：微正压装置总补气流量，5m^3/min；

P_w：母线入口压力，300Pa；

P_a：标准大气压，105000Pa；

T：补气时间，15min；

ΔP：空压机启停压力差，ΔP＝P_启-P_停，P_启为空压机启始压力，700000Pa，P_停为空压机停止压力500000Pa。

由此计算压力储气罐1容积V_c约为40m³，确定配备2台20.0m³压力储气罐1，且压力储气罐1上设安全阀7、压力表8和排污阀等，将压力储气罐1内的压强控制为700000Pa。

空压机的生产率可按照压力储气罐1向封闭母线4供气后在10～15分钟内恢复额定压力进行确定，其计算公式为：

Q_k＝ΔP×V_c/(T×P_a)+Q_d；

其中微正压系统在标准大气压下的补气流量Q_d的计算公式为：

Q_d＝Q_w*(P_w+P_a)/P_a。

Q_d＝5×(300+105000)/105000＝5.014m³/min；

则Q_k＝ΔP×V_c/(T×P_a)+Q_d

＝200000×40/(15×105000)+5.014＝10.093m³/min；

Q_k计算值为10.093m³/min，据此按一用一备原则，最终选用两台12m³/min、700000Pa螺杆式空压机，且空压机的启动和停机均能实现自动控制，空压机及贮气罐设有压力过低、过高报警信号装置；冷干机的生产率按大于空压机的生产率选取，且要求冷干机排气温度为常温，露点低于-10℃。

其它未详细说明的部分均为现有技术。

Claims (7)

1.一种离相封闭母线恒定低压连续补气微正压方法，基于离相封闭母线恒定低压自适应连续补气微正压装置实现，所述装置包括压力储气罐(1)和冷干机(2)，所述压力储气罐(1)和冷干机(2)通过管道连接，所述冷干机(2)通过管道分别与多台套微正压控制柜(3)连接，所述每台微正压控制柜(3)分别与一组三相封闭母线(4)连接，所述三相封闭母线(4)与微正压控制柜(3)之间设置有减压阀(5)，所述压力储气罐(1)与补气供气系统连接，其特征在于：所述压力储气罐(1)容积V_c的计算公式为：

V_c＝Q_w×(P_w+P_a)×T/ΔP

其中Q_w为微正压装置总补气流量，P_w为母线入口压力，P_a为标准大气压，T为补气时间，ΔP为空压机启停压力差。

2.根据权利要求1所述的离相封闭母线恒定低压连续补气微正压方法，其特征在于：所述微正压装置总补气流量Q_w与母线入口压力P_w成正比例关系，记为

Q_w＝K₁×P_w

其中K₁为微正压装置补气流量-出口压力系数，所述微正压装置补气流量-出口压力系数K₁的取值范围为0.8～1.5。

3.根据权利要求1所述的离相封闭母线恒定低压连续补气微正压方法，其特征在于：所述补气供气系统为空压机，所述补气供气系统的供气量根据空压机要求生产气体流量Q_k确定，所述空压机要求生产气体流量Q_k的计算公式为：

Q_k＝ΔP×V_c/(T×P_a)+Q_d

其中Q_d为微正压系统在标准大气压下的补气流量。

4.根据权利要求3所述的离相封闭母线恒定低压连续补气微正压方法，其特征在于：所述微正压系统在标准大气压下的补气流量Q_d的计算公式为：

Q_d＝Q_w*(P_w+P_a)/P_a。

5.根据权利要求3或4所述的离相封闭母线恒定低压连续补气微正压方法，其特征在于：所述母线入口压力P_w为300～600Pa。

6.根据权利要求5所述的离相封闭母线恒定低压连续补气微正压方法，其特征在于：所述储气罐补气时间T为10～20min。

7.根据权利要求5所述的离相封闭母线恒定低压连续补气微正压方法，其特征在于：控制所述压力储气罐(1)和微正压控制柜(3)内的压强均为700000Pa。