李 麗

（湖南馬跡塘水電廠，益陽 413405）

低水頭水電站電力設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性分析

李 麗

（湖南馬跡塘水電廠，益陽 413405）

以馬跡塘水電站為對象，開展了低水頭水電站電力設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性的初步調(diào)查，分析了低水頭庫區(qū)環(huán)境及其對電力設(shè)備的影響，調(diào)查發(fā)現(xiàn)庫區(qū)電力設(shè)備主要存在金屬導(dǎo)線腐蝕、防護(hù)套老化、焊接點腐蝕、電源容量降低等問題。針對普遍出現(xiàn)的鍍鋅層嚴(yán)重腐蝕以及淺度基體銹點或銹斑、直流電源等多發(fā)故障問題，提出了改進(jìn)環(huán)境適應(yīng)性的對策。

電力設(shè)備；環(huán)境適應(yīng)性；大水面庫區(qū)

引言

低水頭發(fā)電技術(shù)是在水勢較為平緩，落差并不顯著的水域，通過筑壩建庫蓄水而獲得較為集中的水力勢能的發(fā)電技術(shù)，在我國長江流域及黃河流域及各大水系主要干流中下游地區(qū)均被廣泛采用。馬跡塘水電廠由國家大規(guī)模投資修建，安裝從奧地利引進(jìn)的卡普蘭水輪發(fā)電機(jī)組，總?cè)萘?5 500 kW，年發(fā)電278 000 000 kW/h，屬于大型低水頭發(fā)電站，要求使用年限較長。電力設(shè)備設(shè)施長期處于潮濕惡劣的環(huán)境下運行可能面臨環(huán)境適應(yīng)性問題，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)或社會效益方面的巨大損失。開展通訊設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境腐蝕狀況的現(xiàn)場調(diào)查，對于設(shè)備腐蝕的分析和預(yù)防、設(shè)施的保養(yǎng)維修，以及對于同類環(huán)境下的電力設(shè)備改善環(huán)境適應(yīng)性、減少腐蝕等具有重要作用，對新建項目也具有借鑒意義。

1 環(huán)境特征分析（見表1）

表1 溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

低水頭水電站必然依托大水面庫區(qū)環(huán)境而存在，地處亞熱帶濕潤氣候區(qū)域的馬跡塘水電廠位于資水干流下游，壩址控制流域面積26 171 km2，總庫容103 000 000 m3。庫區(qū)具有長縱深、慢水流、大水面的特點。庫區(qū)周圍長時間的大面積水汽蒸發(fā)，相對濕度往往在80 %以上，夏季尤其潮濕，由于水電廠處于資江河谷地帶，地勢較低，相對濕度較大，更顯暑氣蒸人，具有低水頭水電廠典型的庫區(qū)環(huán)境特點。為了系統(tǒng)掌握環(huán)境特征，通過溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)獲得了連續(xù)12個月的月均環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)（見表2和圖1）。其中庫區(qū)日平均氣溫高于30 ℃的全年有90余天，出現(xiàn)在夏季達(dá)80多天，日平均氣溫高于35 ℃的全年超過一個月，基本上集中在8月份。

表2 庫區(qū)2014年各月溫濕度統(tǒng)計表

圖1 庫區(qū)2014年各月溫濕度曲線圖

圖2 直流電源結(jié)構(gòu)圖

2 影響電力設(shè)備性能的主要環(huán)境因素分析

氣候環(huán)境、生物環(huán)境、工況環(huán)境、電磁環(huán)境是常見的幾類環(huán)境類型。水電廠通訊設(shè)備長期處于庫區(qū)環(huán)境值班狀態(tài)下，主要受到庫區(qū)氣候環(huán)境的影響，一般來說，主要考慮溫度、濕度、以及陽光輻射、雷雨的影響。通訊設(shè)備使用的材料、元器件是比較多樣的，構(gòu)造也較為復(fù)雜，包含高分子材料殼體、金屬導(dǎo)線、電容、電阻、接插頭、電路板、灌封絕緣膠、直流電源等，結(jié)構(gòu)上主要由交流配電單元、充電模塊、直流饋電、集中監(jiān)控單元、絕緣監(jiān)測單元、降壓單元等部分組成，圖2所示為水電站應(yīng)急備用直流電源。本文結(jié)合庫區(qū)環(huán)境特征，對影響電力設(shè)備材料性能、元器件功能等環(huán)境因素展開分析。

2.1 溫度

通常情況下，產(chǎn)品如果暴露在較為嚴(yán)苛的溫度環(huán)境下，未采取防護(hù)措施將受其影響，可能引起產(chǎn)品功能或性能的劣化。在高溫的作用下，可能引起高分子殼體材料的老化、熱分解、龜裂，灌封絕緣膠的變硬變脆甚至脫落等現(xiàn)象發(fā)生，在低溫條件下，可能引起電源低電壓不工作等現(xiàn)象，而較為急劇的溫度變化，可能引起熱脹冷縮的明顯物理尺寸變化，造成脫焊、變形等現(xiàn)象發(fā)生。

2.2 濕度

濕度是造成庫區(qū)設(shè)備設(shè)施金屬材料腐蝕的最普遍的因素。特別是高溫高濕條件，可能造成金屬材料極為嚴(yán)重的腐蝕的現(xiàn)象，并進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)品功能下降或失效。庫區(qū)環(huán)境相對濕度一般比較高，在晝夜溫差變化較大時，極易引起凝露，即通俗的“泛潮” 現(xiàn)象，使得空氣中的水汽大量的凝聚于設(shè)備的內(nèi)部及元器件表面，一方面引起電阻的變化，可能導(dǎo)致短路或元器件損壞，設(shè)備故障，另一方面，在不同的金屬界面，形成局部的微小的原電池，發(fā)生電化學(xué)腐蝕，造成涂鍍層腐蝕“結(jié)霜”、電導(dǎo)率下降等現(xiàn)象。此類現(xiàn)象在通訊設(shè)備故障中大量存在，由此引發(fā)的水電廠通訊設(shè)備故障率達(dá)到了70 %以上。

2.3 陽光輻射

陽光輻射造成的光老化現(xiàn)象在電力設(shè)備的高分子材料上比較常見。防護(hù)套及絕緣膠帶等多屬于高分子材料，在年限較長的電力設(shè)備設(shè)施上，持續(xù)的光老化和熱老化造成防老劑和防紫外劑的流失，防老劑和防紫外劑含量下降到一定的程度，無法再阻止光老化的發(fā)生，就可能導(dǎo)致防護(hù)套開裂、絕緣膠帶脫粘。對于戶外使用時間比例不高的通訊設(shè)備等，由于受暴曬的時間和程度較為有限，只是在外觀上有較為輕微的變化，橡膠按鍵褪色，不影響功能和使用。

2.4 雷雨

雷雨是氣候環(huán)境中出現(xiàn)頻度較少的一類因素。因雷電的瞬時作用巨大，其對電力設(shè)備影響不容忽視。相對地，南方地區(qū)雨季多發(fā)雷擊事件，特別是地勢較高以及突顯的電力設(shè)施，較易形成導(dǎo)電環(huán)境，雷擊概率更大。

3 環(huán)境適應(yīng)性現(xiàn)狀分析

電力設(shè)備在低水頭庫區(qū)特殊環(huán)境條件下運行時，由于高溫、高濕等環(huán)境因素影響，容易發(fā)生線路老化短路、元器件損壞等問題，從而造成電路故障、運行不暢，不同環(huán)境因素造成的故障比例情況見圖3。通過對近年來的電力設(shè)備多發(fā)故障的調(diào)查，掌握庫區(qū)電力設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性現(xiàn)狀，電力設(shè)備故障類型及原因分析見表3。

圖3 造成電力設(shè)備故障的環(huán)境因素占比情況

4 環(huán)境適應(yīng)性問題改進(jìn)建議

針對電力設(shè)備多發(fā)環(huán)境適應(yīng)問題及其故障模式，應(yīng)當(dāng)從設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計以及服役環(huán)境改善方面系統(tǒng)采取解決措施和方案，以應(yīng)對低水頭潮濕環(huán)境條件造成的危害，明確站房溫濕度要求和控制辦法等，建立適用于水電廠庫區(qū)特殊環(huán)境下設(shè)備設(shè)施的防護(hù)和控制的管理方案，有效保障電力設(shè)備正常運行?，F(xiàn)有發(fā)電廠、變電站達(dá)不到要求的應(yīng)逐步進(jìn)行改造。有關(guān)環(huán)境適應(yīng)性改進(jìn)的建議如下：

1）金屬導(dǎo)線等采取防潮設(shè)計和措施。對于站房，控制溫濕度在三七線以下（溫度30 ℃，相對濕度RH70 %以下），降低環(huán)境高溫高濕的影響，防止凝露，減少電化學(xué)腐蝕。而對于戶外環(huán)境，特別是接近水面環(huán)境的導(dǎo)線，盡量優(yōu)選金屬導(dǎo)體材料或防腐工藝，如鍍鎳等，或采用耐候性較強(qiáng)的全密封防護(hù)套設(shè)計。必要時，通過實驗室環(huán)境開展強(qiáng)化試驗進(jìn)行材料和工藝的篩選，并采用耐蝕材料和密封結(jié)構(gòu)的多重防護(hù)設(shè)計，防止銹蝕。

2）電力設(shè)備的運行環(huán)境溫濕度控制。一般蓄電池存放室內(nèi)溫度控制在15 ℃至30 ℃之間時，蓄電池的使用效率可以達(dá)到最大化，如果環(huán)境溫度及濕度控制不佳，將會影響蓄電池的容量及使用壽命，甚至影響其運行安全。應(yīng)設(shè)置單獨的蓄電池室對其環(huán)境進(jìn)行控制，浮充電運行的蓄電池組，應(yīng)嚴(yán)格控制環(huán)境溫度，避免容量大幅度下降和壽命衰減。同時要防止環(huán)境濕度過低產(chǎn)生靜電和灰塵積聚而造成的蓄電池短路，安全閥堵塞失效等。

通訊設(shè)備工作和存放地點應(yīng)清潔、通風(fēng)、干燥。通訊設(shè)備的運行濕度應(yīng)該在50 %～70 %之間，日平均濕度不超過70 %，環(huán)境濕度過高，會在通訊設(shè)備內(nèi)部結(jié)露，容易出現(xiàn)短路。

3）高分子材料減少或避免光照。對于高分材料采用較多的電力裝置窗玻璃應(yīng)保證陽光不能直射，照明不宜采用強(qiáng)輻照燈具，并且改良高分子材料的防紫外等防輻射光老化配方設(shè)計。

表3 電力設(shè)備故障類型及原因分析

5 結(jié)語

低水頭水電站庫區(qū)潮濕環(huán)境形成了比較典型的金屬腐蝕環(huán)境條件，而電力設(shè)備廣泛采用金屬導(dǎo)電材料，這兩者的矛盾關(guān)系會導(dǎo)致環(huán)境適應(yīng)性問題。通過開展環(huán)境適應(yīng)性研究，開發(fā)出與特殊地理氣候環(huán)境相適應(yīng)的對策，將有效提高水力發(fā)電設(shè)備運行的可靠性。

［1］曾新民.低水頭大流量水利樞紐特性與設(shè)計優(yōu)化［J］.中國水利，2010，20：75.

［2］楊志勇 .電力系統(tǒng)直流電源的維護(hù)與應(yīng)用 ［J］.電源技術(shù)應(yīng)用，2013，06：23.

Analysis on Environmental Adaptability of Electrical Equipments in Low Water Head Hydropower Station

LI Li
（Hunan Majitang Hydropower Plant，Yiyang 413405）

Taking Majitang hydropower station as an example，this paper carried out the investigation about the environmental adaptability of electrical equipments in low water head hydropower station.And it analyzed the environment around it and the influence on the electrical equipments.Through the investigation，it found that there are some problems existing in the electrical equipments，including plain conductor corrosion，protecting cover aging，soldering point corrosion，and power capacity reduction，etc.Aiming at the zinc coating and shallow layer corrosion，and high rate of direct-current main failure，the corresponding countermeasure is proposed to the environmental adaptability.

power equipment；environmental adaptability；large water surface area

TV74

A

1004-7204（2015）06-0035-04

李麗 （1976-），女，工程師，畢業(yè)于華北電力大學(xué)，長期從事水電廠直流電源系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)技術(shù)工作與研究。