高海拔高寒地区调相机封闭母线防结露装置设计与分析

引言

调相机即同步调相机,可为电网无功电压调节提供有效的操作手段,根据电力系统的需要,其自动向电力系统提供或吸收无功功率。特高压电网是高压输电的重要组成部分,其输电距离远、输送容量大、损耗低,但是在远程直流输电和交流输电相结合的特高压交直流电网中,存在直流输电系统送端电网薄弱,受端电网无功功率不足的问题。目前在高压直流输电线路中加入调相机,可以极大地保证输电网络的稳定性和可靠性,改善系统供电质量,为电网安全、高效地输送电力提供保障。

1调相机母线防结露装置介绍

由于封闭母线设备一般位于户外,部分位于户内,加上外界气候及内外温差原因,容易使封闭母线内部潮湿空气产生结露,极大地影响设备绝缘性能。同时,调相机母线运行常态下达不到额定功率,母线运行期间自身发热小,几乎无温升。而常规电站导体运行温升约为30～40℃。故调相机母线本身热量不利于母线的干燥除湿。曾经有电站因为结露甚至结冰事件,导致机组线路绝缘下降而跳机。目前国内的离相封闭母线防结露装置一般分为微正压充气装置、热风保养循环装置、空气循环干燥装置等。其工作原理是通过增压保压或干燥空气,防止外部潮湿空气大量进入母线。

2空气循环干燥装置的选型及复核计算

空气循环干燥装置采用闭式循环方式,该装置把母线内的空气从B相抽出,经过分子筛干燥后,重新送入母线的A相和C相,如此周而复始地循环,使母线内空气中的水分越来越少,相对湿度不断降低,露点温度也随之下降,保证离相母线内部不发生凝露现象,确保母线在任何工况下能够长期安全可靠地运行。

空气循环干燥装置的原理是对母线内空气脱水干燥,将母线内空气相对湿度降低到某一值。在该相对湿度下,即使温度突然发生骤降,也不至于将母线内空气相对湿度升高到l00%而发生凝露。其干燥能力取决于干燥塔内分子筛的数量。国标规定分子筛有额定的吸水量,根据计算可算出干燥筒的额定吸水量。

根据母线内空气湿度、温度在干燥过程中动态变化过程,空气循环装置干燥筒每小时的实际吸水量也是不同的,装置刚运行时吸水量大,之后逐步降低,甚至在达到额定吸水量后就不再吸水。

以某西北调相机工程为例,该工程基本参数如表1所示。

本文仅计算冬季外部温度极低、内外温差极大的情况。实际计算时,应对夏季、冬季等情况均进行复核计算,以便确认设备能力可以满足实际需求。

当封闭母线内空气从极端最高气温0.2℃按照极端温差29.1℃降到-28.9℃时,在一个处理周期内(16h）母线内含水量和湿度计算如下:

假设最高气温0.2℃时相对湿度为100%。

(1）不同时间点母线内含水量=上1h母线内含水量-上1h处理量。

经计算可得,冬季母线温度低,当湿度较大时,含水量小。在100%湿度情况下启动空气循环干燥装置后,前8h吸水量仍然较小,干燥筒内吸水颗粒不饱和,完全具备吸水功能。后8h空气循环干燥装置仍然切换到B塔工作,继续吸水,16h后,母线内水量降至极低。

(2）不同时间段空气循环装置1h(90m3/h）水处理量。

经计算可得,设备运行初始阶段水处理量较大,随时间推移,母线内含水量变小,除湿量降低。

(3）不同时间点母线内空气相对湿度。

经计算可得,设备运行初始阶段干燥塔A满负荷运行,湿度稳步下降。经过7～8h后,干燥塔A处理能力饱和,转为干燥塔B工作,湿度稳步下降到5%以内。此时干燥塔B也趋于饱和。

(4）湿度随时间变化曲线,如图1、图2所示。

从图1、图2可以看出,当不考虑温度随时间下降时,湿度下降较快:当考虑温度随时间下降时,湿度下降稍慢。由于冬季温度较低,母线内空气含水量较少,空气循环干燥能力富裕,效果更好,一个循环(16h）后,整体母线湿度降至4.7%,符合工程要求。

3选型复核不满足工程需求的处理措施

当选型复核结果不符合工程要求时,应当采取如下措施:

(1）对长母线段进行户内、户外段的内部密封隔离,降低户内、户外的气流热交换。

(2）增加空气循环干燥装置数量,提高干燥能力。

(3）采用干燥性能更好的干燥剂,如采用更有效的分子筛干燥剂。

(4）在外壳适当位置处装设具有吸湿功能的装置,如防潮硅胶呼吸器。

(5）对母线低洼处、盘式绝缘子处等易结露冷凝存水位置,加设加热带,设置排水装置,方便干燥及除水。

4结语

调相机工程是保障特高压输电网络安全稳定运行的重要手段。离相封闭母线作为输电线路的重要设备,必须保障其安全运行,其中防结露装置必不可少。本文通过对高海拔、高寒、大温差环境下的防结露装置进行选型与计算可知,空气循环干燥装置是较经济、可靠的防结露设备,能够保障严苛环境下的调相机安全稳定运行。本文从实践和理论角度,分析了空气循环干燥装置的优缺点,对调相机工程的设备选型具有推广和应用价值。