低温导致气动机构压力管道凝冻的分析解决方案

低温导致气动机构压力管道凝冻的分析解决方案

赵剑刘建宏张川刘诚张志勋胥达

云南电网有限责任公司昆明供电局云南昆明650031

摘要：通过对气动机构断路器空气压力管道在低温天气条件下产生凝冻，导致断路器操动机构压力低闭锁分、合闸现象进行分析，并制定有效、可行的防范措施，提高设备可靠性，保障电网安全稳定运行。

关键词：气动机构低温凝冻干燥保温

2016年年初，昆明地区遭遇持续低温凝冻气候侵袭，500kV某变电站500kV、220kV多台气动机构断路器由于空气压力管道内部出现凝冻、结冰现象，直接造成断路器气动操作机构故障，导致断路器机构操动机构压力低闭锁、分合闸。断路器闭锁分闸故障是系统安全稳定运行的重大隐患，处置不及时可能导致严重的电网安全事故，为解决这一严重威胁电网安全稳定运行的隐患，对气动操作机构压力管道出现凝冻、结冰现象进行分析，并制定、实施防凝冻措施，收到较好成效。

1空气压力管道出现凝冻、结冰现象断路器调查情况

经初步统计，我局目前安装了气动操作机构的220kV及以上电压等级变电站的断路器均发生过不同程度的因气动机构压力管道内部结冰导致的故障。由于昆明地区年平均气温在15℃左右，冬季气温低于0℃的情况极为罕见，普遍存在断路器在低温环境下运行的保温防寒措施不足的情况，造成极端气候条件下断路器故障率升高，严重威胁电网的安全稳定运行。因此，制定并推广一种简单、易行的防寒保温措施就具有重要的意义。

2气动机构管道结冰现象分析

2016年年初，昆明地区局部气温为-5℃左右，低于冰点温度，运行监视过程中，监控后台发断路器操动机构压力低闭锁分、合闸，现场检查发现气动机构断路器空气压缩机一直处于运行打压状态，断路器气动机构安全阀处于打开状态，压力表指示低于分、合闸闭锁值。

结合现场实际情况，判断出现该问题的原因为空气压力表计至储气罐连接管道内部有积水，在低温条件下凝结成冰，在管道内部形成“梗阻”，堵塞压力管道，压力表不能真实反映储气罐实际压力。由于表计指示压力低于空压机启动压力值，空压机运行节点被接通不能反回，空气压缩机运行回路接通，空压机一直处于打压状态，由于持续打压造成储气罐压力增加，最终突破安全值，安全阀打开泄压。现场运行人员判断故障原因后，使用热风机、热毛巾对管道加热后，管道内部结冰融化，压力管道恢复畅通，压力指示正确，空压机停止打压，操动机构压力低闭锁分、合闸信号复位，断路器故障消除。

3解决方案

3.1解决措施

从前面的分析可以看出来，断路器出现分闸闭锁的原因为气动机构压力管道内部结冰出现“梗阻”，阻断储气罐与压力表计的联通，致使压力表计指示压力值与实际压力不符。围绕阻止结冰形成的两个条件：一是防止水分进入、二是提高管道运行环境温度，防止管道内部结冰，就可以彻底解决该问题。通过对现场设备结构、环境进行综合分析，可以采用以下方案的综合实施来解决问题：

方案1：减少水份进入空气压缩机，降低储气罐中的空气湿度，避免压力管道内水滴的形成。

减少水份进入空压机，最有效的方式为加装气水分离装置，将压缩空气中的水份分离，使送入机构本体的压缩空气为干燥、洁净的空气。此方案需要结合断路器操动机构大修、技改开展，可最大限度避免气动机构本体中各部件的锈蚀、冰冻，延长启动机构本体检修周期，进而延长断路器运行使用寿命；未加装气水分离分离器的设备，按要求定期对储气罐进行排水作业，在低温天气条件下增加排水频次，也能在一定程度上降低储气罐及压力管道内含水量。

方案2：在断路器机构箱内增加加热装置，提高设备运行环境温度，防止设备运行环境温度跌至冰点以下。

实际运行中的断路器机构箱，保温性能较差，且其空间较为狭小，内部有大量二次电缆、继电器及其余设备，加装加装装置一方面要防止其运行过程中对电缆、继电器等二次设备的烘烤，另一方面要充分考虑其固定措施及电源、控制系统的重新接入，自行安装具有一定的风险。

方案3：对压力管道进行保温材料覆盖。

保温材料覆盖主要有对管道刷保温涂层及覆盖保温毯两种。由于需进行保温包裹的管道直径只有0.5厘米左右，涂层厚度及覆盖面积难以满足要求，所以刷保温涂层的措施效果不显著；进行保温毯覆盖思路来源于自来水管保温包裹，可灵活掌握包裹层数量及厚度，且成本低、易操作、易维护，施工风险低。

图2进行保温材料包裹

3.2措施分析和选择

从以上分析可以看出：要彻底解决空压机管道结冰现象，必须从降低储气罐内空气湿度和提高压力管道运行温度两个方面同时开展，结合现场实际情况，合理选择方案开展。

对于有大修技改项目的变电站，建议加装气水分离器，该设备不但可以有效防止冰冻，还能提升设备整体的可靠性，延长运行寿命。但是必须由专业人员安装，且设备成本较高。

机构箱内加装加热装置和对压力管道开展保温材料覆盖操作简单，可由运行人员自行选择实施，是低成本、便捷、可行的措施。

4实际应用

某500kV变电站已对17台220kVLW23-252型断路器加装气水分离装置，并对压力管道进行保温包裹，对15台500kV500-SFMT-50E型断路器进行保温材料包裹，经过一年多的运行，未再出现因压力管道内结冰导致的故障，效果显著。

结语

目前，弹簧操作机构断路器操已逐步取代气动操作机构断路器，但是气动机构断路器在系统中任然大量存在，操作机构异常故障占很大比重。气动操作机构压力管道在低温条件下发生内部结冰导致的问题也一直困扰现场运行值班人员，基于问题分析制定并实施防低温凝冻措施，有效解决生产运行现场问题，对提高设备可靠性，保障电网安全稳定运行有重要意义。