钻井电气设备封闭母线绝缘性影响因素分析与研究

摘 要：以火力发电企业和石油钻井工程中的电气设备为研究对象，重点讨论环境污染对封闭母线绝缘性能的影响，以及由此而引发的闪络和结露等问题，并对钻井施工现场的电气设备防护措施加以论述提出建议， 对川东北以及海外钻井电气设备或者2018年8月第18号台风"温比亚"袭击胜利油田百里油区出现强降雨过程预防管控防潮等具有重大的现实指导价值。

关键词：环境污染；绝缘；接地

引言

恶劣环境污染不仅破坏了生物的生存环境，影响了人们的正常生产生活，而且直接威胁着人类的健康安全，对钻井施工现场的电气设备而言主要表现为电气的绝缘性能逐渐下降。

1 概述

在正常的环境中，对电气设备而言，无论设备处于运行状态还是处于备用状态，都要求电气设备在内部过电压或长期运行条件下可靠运行。但由于工业污染使局部地区环境状态逐步恶化，并随着人类活动而逐步扩散，其产生的各种各样固体、液体、气体和粉尘颗粒等污物，与自然界中的雨、雪、冰、雾等恶劣气候条件相互作用，对电气设备的绝缘性能造成极大的破坏，不仅可能在过电压的情况下产生“闪络”，还可能在长期运行电压下产生“误会闪络”，造成电气设备的停机事故。近年来，由于电气设备的绝缘性能下降导致“闪络”事故呈逐年上升之势，为此进一步了解环境污染对电气设备的绝缘性能的影响，成为石油钻井行业研究的新课题。

2 影响封闭母线绝缘的环境污染物分析

2.1造成封闭母线绝缘下降的原因

造成封闭母线绝缘下降的原因主要有两个，一是封闭母线结

露，二是封闭母线闪络。因此，围绕这两个主要原因进行母线绝缘性能下降因素分析。

2.1.1结露主要是由运行温度造成的

当一台机组达到饱和发电量时，导体产生的热量是最高可达90℃，其导体周围空气的饱和水蒸气密度是418.3克/每立方米，当导体（以导体温度20℃为例）减小负荷电流时其导体周围空气的饱和水蒸气密度是17.28克/每立方米。这就意味着，当导体的运行温度由90℃降低至20℃时，封闭母线内空气的温度也会相应的产生70℃封的温差，也就是说，在封闭母线内的每立方米空气中，将有（418.3-17.28=）401.02克水被析出，成为结露水。这些水将严重的影响着封闭母线绝缘。这就可以解释为什么有些机组正在运行中发电机保护装置---三次谐波电压式定子接地保护装置（3W）依然会发出报警信号了。在我国南方地区的发电企业虽然常年空气湿度比较大，但温度普遍都在0℃以上，温差比较小，封闭母线真正发生结露事件的很少，而北方地区虽然空气比较干燥，但由于昼夜空气温差大，空气结露事件反而更加严重。

2.1.2不明原因的闪络则主要与封闭母线的周围环境有重要的关系

众所周知，石油钻井设备所处的自然环境是比较恶劣的，特别是在南方，比如四川东北部地区，7、8月气温高达35℃以上，夏季和秋季多绵雨，空气湿度大。太阳辐射强度大引起电气设备的温度增高，加之长期大功率运转，在氧气和水存在的条件下，使绝缘材料加速老化，大大缩短了使用寿命。拍摄于2015年8月的照片（图1，图2）是川东北地区某钻井队钻井泥浆泵（电机功率1200KW）电源线热缩胶管处老化情况。

经验表明，电气设备长时间在湿度超过70%以上的环境中运行，有可能导致固体绝缘物表面不断吸收潮气并形成水膜，而水中含有的离子在电场中沿绝缘物表面运动，并在电极附近形成积聚，使得局部电场强度增加发生放电，并引起沿面闪络电压下降，吸潮越严重，沿面闪络电压则降低越多，这种沿绝缘物表面放电会使得绝缘物表面过热至碳化，并伴有强烈的放电声和弧臭气味，其最终可造成相间或相对地短路故障，从而发生重大电气事故。

当钻井设备以大功率运行时，高温、高湿的环境不利于电气设备的散热与安全。从某种程度讲，环境温湿度过高对电气设备的影响，轻则停电更换设备，重责引发重大电气事故。

2.1.3环境污染对封闭母线以及其他一些小功率电气设备的绝缘性能同样有着很大的影响

通常，设备接地处的电位不超过10V，但当有电流通过接地体流入大地时，设备接地处的电位可能很大。例如，在大接地短路接地系统中，接地电位可能达2Kv及以上。在沙特钻井项目东部某钻井队，有一台专为驻军房提供生活用水的小功率电机（220v，0.75Kw），需要一个压力开关进行控制。当环境湿度达到80%时，此压力开关稳压电容被烧损，测量对地绝缘电阻为35Ω。经分析认为：由于空气湿度大导致对地绝缘电阻减小，使接地电位升高，将稳压电容击穿。换新的压力开关，将接地线重新做好，测量接地电阻阻值正常，上电运转正常。

2.2造成封闭母线绝缘下降的其它环境污染物

造成封闭母线绝缘下降的其它环境污染物主要还有大气污染物、水质污染物、固体废弃污染物、磁污染等。

3 结论与建议

3.1结论

积极的预防环境污染对石油钻井电气设备绝缘性能影响，可有效的提高电气设备的使用质量，延长电气设备的使用寿命，加快钻井进尺，缩短单井钻井周期，具有显著的经济效益。

3.2结合钻井工作实际情况，要尽量减少高温高湿环境条件对钻井电气设备运行的影响，提出几点建议。

3.2.1防爆材料封堵。现在大部分电动钻机的VFD房接线室的门为对开式的，出线端为开放式的，其弊端显而易见，室内温湿度与外界基本一致。建议将出线端固定，中部开矩形孔（图3），在电缆连接完毕后将其四周用防爆材料封堵，这样可以有效防止潮气进入室内。

3.2.2降温通风。VFD房接线室内加装空调或引入空调风道，可以达到降温除湿的目的，实时监测温湿度变化区间。

3.2.3制定抗洪防涝洪涝风险措施。2018年第18号台风“温比亚”于8月19日袭击胜利油田百里油區，出现强降雨过程。据统计，18日12时至19日22时，平均降水量212.1毫米。由此想到在任何时候都要杜绝VFD房周围积水，做到积水即排，严防潮气进入室内，最大限度减轻洪涝灾害给油田钻井设备造成的损失。

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作者简介：

温超（1979——），男，山东东营人，电气工程师，从事机电维修工作。