我国的风电场主要集中在北部及西部地区及少数沿海地区。在沿海地区,风电设备主要面临的是海洋大气腐蚀环境以及海水飞溅等引发的不同程度的腐蚀。
海上风电机组工作环境恶劣,一般情况下无人值守,而且维修困难,因此对机组各部件使用寿命提出了更高的要求。海上风电变流器设备或系统的可靠性,除取决于所用元器件的可靠性外,与使用环境条件及防护设计有着密切关系。数据分析与统计结果表明,海上电子设备所发生的故障,50%以上是由环境因素造成的。随着电子设备复杂程度的增加、使用环境的恶劣,其可靠性问题显得越来越突出。因此,加强海上风电变流器设备或系统的防护,提高其可靠性是非常重要的。
盐雾的形成
空气中能容纳一定量的水汽,气温愈高,空气中所能容纳的水汽愈多,反之愈少。当空气温度低到不能容纳原先所含有的水汽时,过剩的水汽便凝结成小水滴。沿海地区空气中含有大量随海水蒸发的盐分,其溶于小水滴中便形成了浓度很高的盐雾。我国东南部沿海,属南亚热带季风气候区,多年年平均气温都在20℃以上,年平均最高气温26℃,年平均最低气温19℃左右。盛行的海陆风把含有盐分的水汽吹向风电场与设备元器件大面积接触,这些因素使设备受盐雾腐蚀的速度大大加快。
盐雾给风力发电机组带来的危害
盐雾与空气中的其他颗粒物在叶片静电的作用下,在叶片表面形成覆盖层,严重的影响叶片气动性能,产生噪音污染和影响美观。
经过一系列的化学反应后使设备原有的强度遭到破坏,使风力发电机组的承受最大载荷的能力大大降低,使设备不能达到设计运行要求,给设备安全运行带来严重后果。
盐雾与设备电器元件的金属物发生化学反应后使原有的载流面积减小,生成氧化合物使电气触点接触不良,它们将导致电气设备故障或毁坏。给风场的安全、经济运行造成大的影响。
解决方案
鉴于上述分析,为有效地防盐雾、防潮、防霉菌,近几年来我们在电气接头工艺改革方面做了一些成功的尝试。
最初,人们在电气接头处涂抹凡士林,但凡士林是一种中性烃类,属于导电物质,但受潮易变质呈酸性反而加强了化学腐蚀作用。另外,凡士林长期使用后又易变干成块状脱落导致螺栓松动,使接头腐蚀,不利于导电。
所以,在此基础上人们开始进行优化改革。导电膏是润滑剂与金属缓蚀剂相结合的新型产物,在接头金属表面只需涂挂l~2微米左右薄膜,其在长时间防止金属接头的磨损,防止大气中各种腐蚀介质对金属的浸蚀,从而保证电气接头的电接触稳定可靠。
导电膏的优异性能
无毒、无气味的淡黄色蜡状物,在大气中不吸潮、不分解、不升华,不吸附灰尘和有害气体(硫化氢气体、 二氧化硫气体),可长期保存不变性。
润滑性优良、耐磨性和抗腐蚀性均高。
耐压性和耐温性。能承受1公斤以上接点压力而不破坏薄膜涂覆层,可在-60一125℃条件下正常使用。
电气性能优良。涂覆于金属表面可稳定接触电阻,即跟未涂的金属表面一样导电,涂覆于绝缘件表面上仍然绝缘。
抗腐蚀原理
导电膏是集金属缓蚀剂和润滑剂于一身的极性有机大分子,这种结构中一端为具有憎水性的很长碳链,另一端是电子云其密度较大。碳链中碳的单键可自由旋转起润滑作用,僧水性,无水就不能形成电化学腐蚀,无水霉菌就不能滋生,且长碳链有如长尾巴摆来摆去使灰尘不易落下直接接触金属,这样就有效地防止了盐雾、潮湿和霉菌的腐蚀。
导电膏涂覆于电气接头表面不增大电阻,长时间使用接触电阻稳定;涂于绝缘体表面仍然绝缘。从理论上讲,分子端基的密集电子产生的“离城”作用为在有电场存在下薄膜的分子隧道型导电提供了有利条件。
我们知道几乎所有电气设备母线与母线,母线与电器元件都是通过两连接导体之间用螺栓紧固来实现电接触的。电接触的好坏一般可用接触电阻来衡量。接触电阻由两部分组成,一是由于接触面“微观”凹凸不平形成小面积接触,当电流通过各小面积附近的电流线会出现严重的收缩现象,产生收缩电阻;二是接触面在盐雾、潮热、霉菌的作用下接触表面产生氧化物膜,硫化物膜,水分子膜,灰尘和纤维等组成的粉膜,形成表面膜电阻,它占接触电阻的70一80%左右。由于接触电阻的形成与压力,化学与电化学腐蚀等许多因素有关,所以一般都很不稳定。接触电阻的增大会导致电气接头接触电压的增加,以致接头发热严重影响供电质量。
现场实践效果及结论
几年来使用导电膏涂覆电气接头的低压配电设备,箱式变电站等,有的运行在居民住宅小区,有的为燃料船舶公司做供电所使用,许多直接在海上受盐雾的侵蚀,经过三个寒暑考验,电气接头仍保持金属本色,毫无锈迹,然而塘锡的接头则锈迹斑斑。由此可见导电膏是经得起现场实践考验的。
由于导电膏具有良好的电气性能和保护性能,而且性能稳定耐久,所以除做母排接头的保护涂料之外,也可以对二次线接头、接点、触头进行涂覆,以确保控制回路电气性能良好可靠。
参考文献:
姜华,电力电缆中铜铝材料耐腐蚀性能探讨;
詹耀,南方地区风电设备的腐蚀成因及防腐维护;
王玲,杨万均,张世艳,肖敏,热带海洋大气环境下电连接器环境适应性分析
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