换流站BOX-IN可熔断降噪板脱落原因分析

陈炜，胡胜，吴俊杰，万涛，刘奕奕

(国网湖南省电力有限公司电力科学研究院，湖南 长沙 410007)

0 引言

作为换流站中最重要的设备之一，换流变压器在运行过程中会产生大量噪声，是换流站中最大的噪声源[1－4]。为有效控制换流站厂界噪声，对换流变压器采用BOX－IN全封闭的形式进行隔声处理是非常有必要的[5－7]。

出于消防考虑，现安装的BOX－IN顶部降噪板除了具有隔声功能外，还要求具有高温可熔断功能，当换流变压器内部起火时，顶部降噪板可自动熔断脱落，从而不影响外面的消防措施对BOX－IN内部进行灭火。

本文针对某换流站的换流变压器BOX－IN顶部可熔断降噪板开裂甚至脱落现象，对其进行24 h浸水、24 h淋水、24 h振动疲劳、高温老化以及成分检测等系列试验，得到可熔断降噪板脱落的主要原因为防水涂层厚度太薄且不均匀，防水性能差，并从供应商、技术监督及现场安装工艺等方面提出建议。

1 降噪板结构组成

换流变压器BOX－IN顶部可熔断降噪板主要由多块可熔断降噪板组合构成，通过直接粘接在钢质框架上的方式进行固定，模块间设置了2～3 mm的伸缩缝，用耐候防水密封胶填充，结构如图1所示。

图1 可熔断降噪板结构示意图

单个可熔断降噪板由微粒降噪板及表面涂层构成。微粒降噪板厚度为20 mm，为特制树脂粘接剂与沙砾混合后，在一定的温度和压力下成型。沙砾选择密度较大的品种以及合适的级配比，以提高板材的隔声性能和强度，树脂粘接剂选型满足可熔断降噪板在200～250℃时5 min内熔断的性能要求。

表面涂层包括两层，第一层为防水乳液底漆，第二层为耐候防水涂层面漆，具有较高的耐候性能。喷涂表面涂层前，先对基板表面进行清理和整平，去除浮沙，每层防水涂层喷2遍。每层防水涂层厚度不小于20μm，内部结构如图2所示。

图2 微粒降噪板分层示意图

2 故障简述

2021年6月，某换流站发现BOX－IN顶部可熔断降噪板部分存在脱落和开裂现象，对全站所有换流变压器顶部可熔断降噪板进行了全部排查后，发现14块可熔断降噪板存在共计17处裂缝，现场排查情况如图3所示。

图3 现场排查情况

该换流站24台换流变压器BOX－IN顶部可熔断降噪板均为2020年3月生产，同年4月完成24台换流变压器前端可熔断降噪板及4台换流变压器的顶部可熔断降噪板现场安装，2021年5月换流站年度检修期间完成了14台换流变压器的顶部可熔断降噪板安装。目前，该站已完成18台换流变压器的顶部可熔断降噪板的安装工作。

3 现场初步分析

现场对掉落的可熔断降噪板板检查后发现，其存在明显的扭曲变形现象，同时板内颗粒存在软化、粉化现象，四周可见明显的水渍痕迹，如图4所示。

图4 现场掉落示意图

分别对现场掉落、BOX－IN前端及未安装的可熔断降噪板微粒板进行了含水率的测试，测试结果见表1。

表1 现场件含水率测量数据表

上述试验结果显示，掉落的微粒板含水率较高(20%～24%)，约为前端和未安装微粒板含水率的3倍，且远高于出厂标准(8%)。

4 试验分析

针对上述可熔断降噪板脱落块中含水率高、颗粒板软化等现象，为了进一步查明验证微粒板脱落的原因，进行了浸水、淋水、高温老化、振动疲劳试验以及成分检测等系列试验(所有试验件均为现场取样)。

4.1 浸水和淋水试验

取6个面防水完好的降噪板进行了浸水和淋水试验。试验件大小均为600 mm×600 mm。分别浸泡和淋水24 h后，待取小样进行抗折强度测试，小样尺寸为250 mm×80 mm×20 mm。浸水试验件编号为JP1—JP4，淋水试验件编号为LS1—LS4。为模拟有裂纹情况下的含水率与强度变化，特取2个小样(250 mm×80 mm×20 mm)，其上下2个面有完整防水封闭，其余4个侧面均无防水封闭，分别浸水5 min和30 min，其试样编号为:JP30－5和JP30－30。

4.2 振动疲劳试验

可熔断降噪板试验件尺寸为500 mm×500 mm，对其进行振动疲劳试验。振动加速度为2 m/s2，振动测试持续24 h。振动完成后，在试验件上截取小样进行抗折强度测试，小样尺寸为250 mm×80 mm×20 mm，小样编号为ZD1—ZD4。

4.3 高温老化试验

高温老化试验按3个温度进行，分别为60℃、80℃和105℃。老化试验时长45 h。试验件尺寸同抗折强度测试小样尺寸为250 mm×80 mm×20 mm。每个温度取2个小样，小样编号分别为:GW60－1～2、GW80－1～2、GW105－1～2。

4.4 含水率和强度测量试验

所有试样的含水率和强度见表2。

表2 含水率与强度测量数据表

1)从含水率测试可知，样件在浸泡或者淋水24 h后，板内部含水率有明显的升高；经过45 h的高温老化后，板内部的含水率降低；振动疲劳对含水率并无明显影响。

2)从防水破损件JP30－5与JP30－30的含水率可知，可熔断降噪板防水封闭不足或者有裂纹，在浸泡的环境下，板内含水率会快速升高。

3)根据抗折强度测试结果，对比各样件的强度变化情况如下:①可熔断降噪板在浸泡24 h后，浸泡件强度降低17%；②可熔断降噪板在淋水24 h后，强度降低5.1%；③可熔断降噪板在加速振动疲劳情况下，强度降低约5.2%；④可熔断降噪板经过高温老化，强度升高，最大增幅为69.7%；⑤防水破损件JP30－5的强度为5.81 MPa，比基板下降12%；⑥防水破损件JP30－30的强度为4.81 MPa，比基板下降27%。

从这些数据和变化趋势可知，可熔断降噪板随着内部含水率增加，强度将明显下降。由此可知可熔断降噪板上的裂纹以及防水性能对强度影响较大，也是导致其破损掉落的直接原因。

4.5 涂层及成分检测分析

防水涂层直接涂覆在成型的砂石板材表面，涂层厚度极不均匀，部分区域涂层厚度过低，涂层厚度范围为0.05～2 mm。衰减全反射红外光谱分析表面防水涂料为典型的丙烯酸酯类聚合物涂层(如图5所示)，通过显微镜观察可明显看到表面有部分磨损，且有微小气孔。

图5 反射红外光谱图

防水涂层采用丙烯酸酯类材料时，要求基层平整坚实不起砂，而实际工艺中，防水涂层直接浸涂在不平整的成型砂石板表面，容易造成区域不均匀与微缺陷。涂膜应具备一定厚度，但试品涂膜存在厚度不均匀、部分区域涂膜厚度过低的情况，使其无法达到防水效果。

5 原因分析及建议

5.1 原因分析

综合现场含水率测试和相关试验数据分析可知，可熔断降噪板脱落主要存在以下原因:

1)通过对涂膜厚度及成分检测发现，可熔断降噪板基层表面不平整，存在涂膜厚度不均匀的现象，无法满足防水要求，易造成模块板含水率升高、强度下降、甚至脱落等情况。

2)根据浸泡和淋水试验数据，防水涂膜完好的可熔断降噪板经浸泡或淋水24 h后，含水率均有所增加，将造成其强度下降，说明其表面防水性能欠佳，难以满足现场使用要求。

5.2 建议

1)建议厂家下一步继续开展可熔断降噪板强度、防水涂膜厚度与含水率之间关系的研究，结合各站现场环境、气候条件制定相应优化处理措施。

2)针对可熔断降噪板的安装及验收流程组织开展讨论，并制定相应标准，指导现场工作。

3)在可熔断降噪板安装时，应对可熔断降噪板上的开孔及暴露面及时进行防水封闭，并在安装完成后对整体再进行一次防水处理，提高可熔断降噪板的整体防水能力。

6 结语

本文针对某换流站BOX－IN顶部可熔断降噪板脱落现象，开展了水浸、淋水、振动疲劳、高温老化、表面材料分析等试验，测试其含水率和强度。试验结果表明，消防模块防水材料和工艺不佳、表面防水涂料涂层厚度不够，最终导致在长时间降雨的气候条件下出现开裂脱落现象，并根据该站现场情况提出了相应的建议。