2019年8月21日上午，由東方風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)主辦的2019中國風(fēng)電葉片運維技術(shù)專題研討會（CWPM2019）在無錫市錦江大酒店隆重開幕。會議期間，國網(wǎng)電力科學(xué)研究院（南瑞集團(tuán)）、北京國網(wǎng)互聯(lián)電氣技術(shù)有限公司教授級高工王國剛發(fā)表了題為《惡劣環(huán)境下葉片避雷線故障分析與可靠性提升》的精彩演講。
以下為演講實錄：
其實我講的是很小眾很小眾的東西，它雖然小，但是如果你不注意的話它可能會引起避雷系統(tǒng)的失效，所以我就這個問題和大家匯報交流。
首先是我們收集一些案例，進(jìn)行機(jī)理分析還有我們做了一些方案的提升。葉片在空曠的山里或者是海上遭受雷擊是家常便飯，經(jīng)過我們的收集發(fā)現(xiàn)避雷線被燒掉，還有被損壞的葉片，緊接著是避雷線的燒毀。所以避雷系統(tǒng)、風(fēng)電設(shè)備及配套設(shè)備，有很多很多，但是以葉片開始，以葉片結(jié)束，中間穿插一些主機(jī)設(shè)備的連接還有一些配備設(shè)備的連接。
葉片實際上很簡單，在我看來，我是外行，在頂部有一個接閃器，在側(cè)端有接閃期，還有匯流線，通過端子把它壓在一起，現(xiàn)場觀看一些東西，有的大概還在使用進(jìn)行端子（音）的保護(hù)，有的端沒有使用。
（公司）公開發(fā)表一篇論文，他們發(fā)過接閃器的材料選擇對于接閃器的性能優(yōu)巨大的影響，他們發(fā)現(xiàn)不同的材質(zhì)的抗腐蝕能力或者是導(dǎo)電能力有巨大的影響。當(dāng)雷擊下來的時候你的接閃器本質(zhì)是已經(jīng)失效了。
這個是我們電氣系統(tǒng)，有發(fā)電機(jī)、變流器、升壓器還有變壓器、端子排、連接管、可控硅、斷路器等等，都是有N多的連接器件連接起來的，這些連接器件如果稍有不注意就有可能產(chǎn)生過熱、燒蝕或者是產(chǎn)生火災(zāi)的情況。這是我們變電站常用的設(shè)備，并聯(lián)電容器、電抗器等等。
這個是我們電力系統(tǒng)接頭發(fā)熱的現(xiàn)象，這種事發(fā)電系統(tǒng)以前根本不重視，但是直到2015年我們國家特高壓工程也就是風(fēng)電發(fā)熱電基本內(nèi)蒙往華東送的時候它必須停運了，因為它發(fā)熱的，要不然就會爆炸，這樣國網(wǎng)才重視接頭發(fā)熱的事情，2014年停運了11次。不僅是這樣的電壓，還有超高壓一樣可以發(fā)熱，發(fā)熱以后沒有什么好辦法，只有停電或者是再去維修，這是一些案例，電抗器發(fā)熱，還有連板發(fā)熱，還有線路接頭發(fā)熱，晶體管發(fā)熱，還有一個現(xiàn)象如果我們在山上的時候管里面沒有防護(hù)介質(zhì)的話還可能爆裂。
發(fā)熱的原理主觀因素是當(dāng)時設(shè)計得不足，還有考慮的一些密度或者是尺寸的原因，還有安裝工藝的問題，現(xiàn)場不按照設(shè)計去做地第三個是金具質(zhì)量的問題。客觀因素一切都是完美的，但是連接壽命就是有限的。所以在這種影響比如表面氧化、自松動、微振、保護(hù)材料問題就會發(fā)現(xiàn)發(fā)熱的現(xiàn)象。
首先看看電接觸的機(jī)理。這個事很簡單，就是兩個片兩個螺絲把它擰起來形成一個通路，實際上在我們做工作的過程中，這個電流大部分是通過螺栓下邊那個部分過，其他部分非常少，90%以上的電往這過的。我們通過微觀觀察，這里面實際上電流是通過不足1%把這個電送過去，其他部分都是大醬油的。然后與接觸面積、接觸壓力、硬度、收縮電阻、電阻率、直徑有關(guān)系。第二個風(fēng)電的連接器件處在腐蝕環(huán)境里面，剛才前面的專家已經(jīng)說了，還有鹽霧還有大浪的腐蝕，我們的銅、鋁在這里面很容易被腐蝕，如果不做保護(hù)的話。這里面還有一個電偶腐蝕，可以看到銀、通、鋁、鐵錫只要連接在一起，在鹽霧環(huán)節(jié)馬上把低電解的東西腐蝕掉。還有錫這個東西不是電的連導(dǎo)體，錫有兩個問題低于13.2由原來導(dǎo)電變成灰錫不導(dǎo)電，零下13.2度錫的導(dǎo)電大幅度降低，就是原來導(dǎo)電停好了，可能馬上導(dǎo)電大幅度降低，再有一個錫長時間運行，氧化成二氧化錫以后變成半導(dǎo)體，我說的還是自損傷。還有不管是什么電力，都存在振動，尤其是風(fēng)電，振動是我們風(fēng)電的主題，如果不振了，我就沒法發(fā)電的，但是振動又是我們連接的弱點，你要是導(dǎo)振連接錯了會容易被振松或者是振垮然后失效。還有保護(hù)材料問題主要是未使用保護(hù)材料，一個是稍微時間一長就容易發(fā)熱，第二個是雷擊來的時候雷擊產(chǎn)生打火現(xiàn)象。
解決方案最快的就是使用優(yōu)質(zhì)電力復(fù)合酯，改進(jìn)電連接金具結(jié)構(gòu)或者是提高材料表面抗腐蝕性。為什么要鍍銀，鍍銀就是好于銅，就是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于好于鋁，就是我們保護(hù)材料的性能。再一個監(jiān)測就不提了。
討論一下電力復(fù)合酯。電力復(fù)合酯實際上電只要在全世界大規(guī)模應(yīng)用以后，這個東西馬上就開始用，不是什么新鮮東西，但是這個東西在我們電力系統(tǒng)是普遍地常用的東西，在風(fēng)電相對于整個電子系統(tǒng)，風(fēng)電還屬于新生行業(yè)，很多的接頭處不管是葉片還有動力電還有后面的設(shè)備好少有人注意這個東西或者是隨便買點就行的，無論是法國、日本、中國、美國現(xiàn)在都在用這個東西，它的本質(zhì)就是要在接頭的部位產(chǎn)生一層膜，然后使外面的腐蝕介質(zhì)不要進(jìn)去，保持它導(dǎo)電的完整性，因為這個導(dǎo)電一旦開始導(dǎo)電的話，這里面就非常容易產(chǎn)生氧化，尤其是鋁氧化特別快，所以這種保護(hù)膜是非常有必要的。
這個是美國電力工程師協(xié)會的推薦標(biāo)準(zhǔn)，就是一定要使用導(dǎo)電質(zhì)，然后增強電阻性、包裹性。這是我們國電王公司開展，這是施耐德公司的一個專家可以說把市面上幾十種導(dǎo)電質(zhì)做的試驗，然后講異金屬之間一定會產(chǎn)生化學(xué)腐蝕，我們一定要使用電解質(zhì)（音），但是一定要仔細(xì)選擇，否則的話不但沒有作用，還會有負(fù)作用。
我們做了一些研究，當(dāng)時是國網(wǎng)公司給了我一個課題，然后我們經(jīng)過大概一年多的研究把這些東西弄出來，給大家匯報一下。首先越是導(dǎo)電膏越是有機(jī)油和其他的油勾兌的，你稍微一用就分層下來，零下20度左右已經(jīng)成塊了，他在現(xiàn)場尤其是東北或者是西北是無法使用的。其有一個在高溫的時候這些電解質(zhì)一個是它自己干裂，然后導(dǎo)電性非常差，根本無法保護(hù)我們的電接處。有的導(dǎo)電膏拿上來以后自體被氧化，無法被保護(hù)。再一個是電阻的可靠性，我們拿一些市面導(dǎo)電膏進(jìn)行對比實驗，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過12小時的實驗，它的電阻增加的80倍，相當(dāng)于你原來選了120然后除以80，我們在不知不覺中被人下了手腳，當(dāng)雷來的時候，我們的設(shè)備被擊壞了，我們不知道是劣質(zhì)導(dǎo)電膏在這里面使了壞。還有高溫蒸發(fā)損失，它如果自己壞了怎么保護(hù)其他的設(shè)備？優(yōu)秀導(dǎo)電膏很穩(wěn)定，自己的蒸發(fā)非常小。再一個是接觸電阻與應(yīng)力的關(guān)系，時間關(guān)系不給大家講。還有一個電流的關(guān)系，同樣的接觸面，不同的電解質(zhì)，同樣的電解質(zhì)，到150分鐘的時間能差大概10度的溫度，當(dāng)大量的風(fēng)波的時候表面內(nèi)部氧化是非常劇烈的，有電解質(zhì)保護(hù)以后能夠很好地抑制這種氧化的發(fā)生，但是鋁的氧化是不可逆，一旦氧化之后只能往下走。下面是高低溫交變的實驗，比如說我們的風(fēng)場有夏天，有冬天、有白天，有晚上，也可能夏天最高到80，90，到冬天山上的時候零下40，50，所以我們做這個實驗驗證導(dǎo)電膏的可靠性，經(jīng)過實驗可以發(fā)現(xiàn)如果優(yōu)質(zhì)的導(dǎo)電膏可以很好的保護(hù)我們的接觸面，但是劣質(zhì)和不用導(dǎo)電膏一樣。這個是濕度循環(huán)實驗，我們的接觸面在潮濕環(huán)境里，我們的連接器件是受到嚴(yán)重威脅的，需要導(dǎo)電膏進(jìn)行保護(hù)。這個是鹽霧腐蝕實驗，我們現(xiàn)在做了十天的鹽霧實驗，效果很明顯。現(xiàn)在我們做1440小時的側(cè)端避雷線的實驗。這個是雷擊試驗，前段時間有領(lǐng)導(dǎo)給我們提出來讓我們做雷擊試驗，我們自己不懂沒有標(biāo)準(zhǔn)，就跟著我們的廠商幫忙做這些試驗，段買的GLPS實驗室用他們的導(dǎo)電膏做的是200項完了以后發(fā)生了打火，然后我們自己的導(dǎo)電膏通過這個實驗，沒有任何地?fù)p傷和導(dǎo)火的現(xiàn)象。戶外長期穩(wěn)定性，用完以后就在很多的部門或者是現(xiàn)場使用，一旦用了以后，到現(xiàn)在10年，5年或者是幾年再也沒有出現(xiàn)過接頭的故障問題。
做一個簡單的總結(jié)，如果我們使用導(dǎo)電膏一定要選擇優(yōu)質(zhì)的導(dǎo)電膏，使用之前電阻供應(yīng)一定要降低或者是持平，不能增加，第二低溫零下40度不能裂，裂了冬天不能用導(dǎo)電顆粒本身不會氧化，普通導(dǎo)電膏大家都用了很多的，又分層又有段，這個東西用還是不用對我們的風(fēng)機(jī)葉片會產(chǎn)生巨大惡劣的影響。
案例機(jī)身避雷系統(tǒng)還有葉片葉片避雷系統(tǒng)很多廠家都在用。需要強調(diào)的一點就是我們現(xiàn)在很多表面是鍍錫的，鍍錫這個事情可以防止銅不被氧化，但是鍍錫在連接的時候要不就把它打掉，要不這個涂層優(yōu)質(zhì)導(dǎo)電膏也能夠把它保護(hù)得很好。德國的一個設(shè)備五年的，2017年發(fā)熱，它就是鍍錫的層，然后氧化成白色或者是黑色，我們把它打掉重新涂上導(dǎo)電膏到現(xiàn)在平穩(wěn)地運行，沒有任何的問題。
最后總結(jié)一下，葉片的惡劣環(huán)境、雷擊、潮濕進(jìn)水還有腐蝕、鹽霧、氮化物對于葉片產(chǎn)生惡劣影響，再一個是振動金屬材質(zhì)，如果是工藝的其他部位還有大電量還有電蝕、潮濕（進(jìn)水）、腐蝕介質(zhì)、振動、鋁材質(zhì)。提升措施就是你要是用銅帶鋁能提升3倍導(dǎo)電性，鍍層銀又能提升3倍，但是大家知道要降本再降本，很多地方用鋁替代銅，所以這個事就使不通了，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)你不能做到無限大，這個也行不通，所以最簡單的就是使用優(yōu)質(zhì)電力酯，抗腐蝕、防水、降電阻，增握力，然后穩(wěn)當(dāng)?shù)剡\行25年，不出現(xiàn)任何的問題。
最后感謝我們的合作伙伴：金風(fēng)、龍源、雙瑞、湘電等公司。謝謝大家。
（內(nèi)容來自現(xiàn)場速記，未經(jīng)本人審核，如有不妥請聯(lián)系修改）
