唐海軍

（廣東火電工程總公司，廣東 廣州 510730）

1.600MW發(fā)電機(jī)封閉母線(xiàn)情況簡(jiǎn)介

臺(tái)山發(fā)電廠(chǎng)600MW發(fā)電機(jī)出口至主變低壓側(cè)間采用全連式分相封閉母線(xiàn)連接。每相母線(xiàn)各裝在單獨(dú)的外殼內(nèi)，外殼兩端用短路板連接起來(lái)。一端在發(fā)電機(jī)垂直下引母線(xiàn)處短路連接，一端在主變本體低壓側(cè)出線(xiàn)處短路連接。整條封閉母線(xiàn)外殼對(duì)地絕緣，在兩側(cè)短路連接處各設(shè)一個(gè)安全接地點(diǎn)。在發(fā)電機(jī)出口至主變低壓側(cè)間設(shè)有主要用于發(fā)電機(jī)并、解列用的分相結(jié)構(gòu)的負(fù)荷開(kāi)關(guān)。主變低壓側(cè)至負(fù)荷開(kāi)關(guān)間、發(fā)電機(jī)三相引出線(xiàn)至負(fù)荷開(kāi)關(guān)間的封閉母線(xiàn)外殼為鋁制，分段制造，安裝時(shí)各段之間焊接為一個(gè)整體。由于安裝、檢修的需要，每相負(fù)荷開(kāi)關(guān)外殼分為三段，各段水平中分為上下兩半。各段之間的上下、兩側(cè)接合面安裝時(shí)用螺栓緊固連接。負(fù)荷開(kāi)關(guān)外殼與兩側(cè)封閉母線(xiàn)外殼之間采用環(huán)形均勻分布的螺栓緊固連接，在各螺栓連接處用鋁制短路條跨接接合面 。

2.封閉母線(xiàn)外殼連接處局部嚴(yán)重過(guò)熱問(wèn)題分析

2.1 封閉母線(xiàn)外殼連接處局部嚴(yán)重過(guò)熱問(wèn)題及危害。臺(tái)山發(fā)電廠(chǎng)＃1機(jī)組在設(shè)備調(diào)試期間，存在著封閉母線(xiàn)外殼連接處在大負(fù)荷工況下局部嚴(yán)重過(guò)熱的問(wèn)題。尤其在發(fā)電機(jī)出口封閉母線(xiàn)外殼連接處顯得特別突出，有出現(xiàn)100℃以上的局部高溫現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)，在局部過(guò)熱點(diǎn)測(cè)得的最高溫度曾達(dá)到380℃，造成封母外殼支撐緊固螺栓發(fā)紅。

2.2 封閉母線(xiàn)外殼過(guò)熱的危害為：

2.2.1 封閉母線(xiàn)外殼過(guò)熱嚴(yán)重時(shí)，將使封閉母線(xiàn)外殼變形產(chǎn)生應(yīng)力，作用在固定其上的支撐絕緣子，可能造成支撐絕緣子位移，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致支撐絕緣子破碎，引起發(fā)電機(jī)單相接地。

2.2.2 長(zhǎng)期過(guò)熱導(dǎo)致封閉母線(xiàn)外殼變形嚴(yán)重時(shí)，可能使外殼與母線(xiàn)間距離變小，容易引起外殼與母線(xiàn)間放電，引起單相接地。

2.2.3 局部高溫可能導(dǎo)致封閉母線(xiàn)鋁制外殼、短路條局部融化，引起單相接地。

2.2.4 封閉母線(xiàn)外殼過(guò)熱嚴(yán)重時(shí)，導(dǎo)致封閉母線(xiàn)內(nèi)部溫度升高，發(fā)電機(jī)引出母線(xiàn)冷卻條件惡化。

2.2.5 封閉母線(xiàn)外殼嚴(yán)重過(guò)熱區(qū)域附近的絕緣子長(zhǎng)期受到高溫的作用，絕緣材料將逐步變脆和老化，以致絕緣失去彈性和絕緣性能下降，使用壽命大為縮短。

2.2.6 鋁制封閉母線(xiàn)外殼溫度長(zhǎng)期超過(guò)100℃時(shí)，抗拉強(qiáng)度急劇下降，使用壽命大大降低。

2.3 封閉母線(xiàn)外殼發(fā)熱的原因。能引起封閉母線(xiàn)外殼的發(fā)熱的因素有兩個(gè)：一、鋁制的封閉母線(xiàn)外殼處在母線(xiàn)所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)中，產(chǎn)生電流，引起發(fā)熱；二、封閉母線(xiàn)導(dǎo)體上大電流產(chǎn)生的熱量以輻射、空氣對(duì)流的方式傳遞到封閉母線(xiàn)外殼，導(dǎo)致其溫度逐漸升高。顯然，上述兩個(gè)因素中，在機(jī)組正常運(yùn)行工況下，母線(xiàn)發(fā)熱輻射、對(duì)流到封閉母線(xiàn)外殼的熱量，不會(huì)引起封閉母線(xiàn)外殼溫度超過(guò)100℃。

根據(jù)電磁學(xué)的有關(guān)理論，運(yùn)行中的每相母線(xiàn)的交流電流在其周?chē)臻g內(nèi)產(chǎn)生呈正弦規(guī)律變化的磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)在鋁制的封閉母線(xiàn)外殼上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，由于全連式分相封閉母線(xiàn)三相間在兩端短路連接，構(gòu)成回路，該感應(yīng)電勢(shì)在封閉母線(xiàn)外殼上產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流的大小為其產(chǎn)生的磁場(chǎng)能抵消母線(xiàn)上的交流電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。即：感應(yīng)電流的大小基本上與發(fā)電機(jī)負(fù)荷電流相等。該感應(yīng)電流縱向流過(guò)整條封閉母線(xiàn)外殼，引起封閉母線(xiàn)外殼發(fā)熱。對(duì)整個(gè)封閉母線(xiàn)外殼而言，發(fā)電機(jī)負(fù)荷電流越大，封閉母線(xiàn)整體發(fā)熱越嚴(yán)重。而對(duì)于封閉母線(xiàn)外殼連接處的局部區(qū)域而言，該部位的發(fā)熱量與其電阻的大小、流過(guò)此處的電流的平方成正比。即：電阻越大、電流密度越高的地方，發(fā)熱越嚴(yán)重。一旦某一連接處出現(xiàn)溫度過(guò)高現(xiàn)象時(shí)，接觸連接面會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈氧化，使得接觸電阻增大，溫度進(jìn)一步上升，導(dǎo)致接觸處松動(dòng)或燒熔。同時(shí)，由于每相封閉母線(xiàn)外殼上感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與母線(xiàn)電流的磁場(chǎng)不可能完全抵消，會(huì)產(chǎn)生一定的漏磁通，在其他相的外殼上產(chǎn)生渦流，引起封閉母線(xiàn)外殼發(fā)熱。但由于漏磁通較小，渦流引起的封閉母線(xiàn)外殼發(fā)熱程度并不嚴(yán)重。

2.4 封閉母線(xiàn)外殼連接處局部過(guò)熱的原因

2.4.1 連接處導(dǎo)流面積不足，電流密度大

在封閉母線(xiàn)安裝施工時(shí)，首先將主變低壓側(cè)、發(fā)電機(jī)三相引出線(xiàn)側(cè)封閉母線(xiàn)外殼各段之間進(jìn)行焊接，形成一個(gè)整體,為提高封閉母線(xiàn)的密封性能，安裝時(shí)在結(jié)合面之間采用了焊接方式。這樣，發(fā)電機(jī)負(fù)荷電流在封閉母線(xiàn)外殼上產(chǎn)生的感應(yīng)電流在外殼兩側(cè)與其兩側(cè)封閉母線(xiàn)連接處只能流經(jīng)支撐緊固螺栓及短路條。由螺栓及短路條形成的導(dǎo)流面積與整個(gè)封閉母線(xiàn)外殼的接合面面積相比相差懸殊，因此各螺栓及短路條上的電流密度大大高于整個(gè)封閉母線(xiàn)外殼其它地方的電流密度，引起螺栓及短路條在大負(fù)荷工況下過(guò)熱。

2.4.2 連接處接觸電阻大

封閉母線(xiàn)外殼兩側(cè)與其兩側(cè)封閉母線(xiàn)連接時(shí)使用的螺栓與壓緊墊片、壓緊墊片與短路條、短路條與封閉母線(xiàn)外殼間，不可避免地會(huì)形成一定的接觸電阻，該接觸電阻的阻值必然會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于封閉母線(xiàn)外殼其他部位的鋁材電阻，造成負(fù)荷開(kāi)關(guān)外殼與封閉母線(xiàn)外殼連接處的發(fā)熱量明顯高于其他地方。該接觸電阻的阻值雖在一定范圍內(nèi)可以通過(guò)調(diào)整螺栓緊力、平整壓緊墊片、平整短路條降低一些，但不可能完全消除。

2.5 對(duì)封閉母線(xiàn)外殼連接處局部過(guò)熱的計(jì)算分析。前面對(duì)封閉母線(xiàn)外殼連接處局部過(guò)熱進(jìn)行了定性分析，下面根據(jù)封閉母線(xiàn)有關(guān)技術(shù)資料及測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行簡(jiǎn)單定量分析。

600MW發(fā)電機(jī)額定電流為：19245A。主封閉母線(xiàn)外殼為圓筒形，主回路額定電流設(shè)計(jì)為25000A，母線(xiàn)鋁管內(nèi)徑為900X15mm，外殼鋁管內(nèi)徑為Φ1450X10 mm。發(fā)電出線(xiàn)罩外殼與主封閉母線(xiàn)外殼連接處接合面的寬度為45mm，結(jié)合面采用64條直徑為16mm的鋼制螺栓連接。在每條螺栓處用寬度為50mm、厚度為5mm的鋁制短路條跨接接合面。據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以計(jì)算、比較設(shè)計(jì)的接合面的電流密度及實(shí)際接合面可能達(dá)到的最小電流密度。

設(shè)計(jì)的接合面的導(dǎo)電截面積為：

π（735+45）2–π7352=3.14(608400–540225)=214096（mm2）（1）

設(shè)計(jì)的接合面的電流密度為：

25000A/214096mm2=0.117A/mm2（2）

實(shí)際接合面最大導(dǎo)電截面積為：

π82×64+5×50×64=12861+16000=28861(mm2）（3）

接合面可能達(dá)到的最小電流密度為：

19245A/28861 mm2=0.667A/mm2（4）

根據(jù)：

導(dǎo)體發(fā)熱量計(jì)算公式：Q=I2Rt（I為電流；R為電阻；t為時(shí)間） （5）

導(dǎo)體電阻計(jì)算公式:

R=ρl/S（ρ為導(dǎo)體電阻率；l為導(dǎo)體長(zhǎng)度；S為導(dǎo)體截面積） （6）

導(dǎo)體電流密度公式：

J=I/S （I為電流；S為導(dǎo)體截面積）（7）

若在實(shí)際接合面上、設(shè)計(jì)的接合面上各取一塊面積、長(zhǎng)度相等的導(dǎo)體在相同時(shí)間內(nèi)進(jìn)行發(fā)熱量比較，由于導(dǎo)體材料也相同，可知：兩者的 ρ、l、S、t相等，R 也相等。若以下腳標(biāo)為1的量表示實(shí)際接合面各計(jì)算量，以下腳標(biāo)為2的量表示設(shè)計(jì)的接合面各計(jì)算量進(jìn)行發(fā)熱量比較，可得：

Q1/Q2= I12R1t1/I22R2t2= I12/I22=（J1S1）2/（J2S2）2=J12/J22（8）

Q1/Q2=0.6672/0.1172=32.5 （9）

上式說(shuō)明，實(shí)際接合面上與設(shè)計(jì)的接合面上面積、長(zhǎng)度相等的導(dǎo)體在相同時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量相比，要高出32.5倍。由以上的分析不難發(fā)現(xiàn)，電流密度大是引起實(shí)際負(fù)荷開(kāi)關(guān)外殼與封閉母線(xiàn)外殼連接處發(fā)熱量高的的根本原因，解決該問(wèn)題的關(guān)鍵措施是增加負(fù)荷開(kāi)關(guān)外殼與封閉母線(xiàn)外殼連接處接合面的導(dǎo)電面積，以降低該處電流密度。

3.解決封閉母線(xiàn)外殼連接處過(guò)熱的措施

（1）將負(fù)荷開(kāi)關(guān)外殼兩側(cè)與兩側(cè)封閉母線(xiàn)外殼連接處的橡膠密封墊換成鋁制密封墊，增加導(dǎo)電面積，減小電流密度。（2）調(diào)整各接合面加工平整，保證各接合面間能緊密接觸在一起，在各接合面上涂上導(dǎo)電膏，盡量減小接觸電阻。（3）短路條與壓緊墊片、短路條與封閉母線(xiàn)外殼間的接觸面進(jìn)行檢查處理平整，并在各接合面上涂上導(dǎo)電膏，盡量減小接觸電阻。（4）對(duì)緊固螺栓按要求力矩要求進(jìn)行重新檢查堅(jiān)固，對(duì)出現(xiàn)接合面局部翹曲進(jìn)行了處理，減少了局部區(qū)域接觸電阻過(guò)大。（5）消除因運(yùn)行中振動(dòng)及過(guò)熱導(dǎo)致的螺栓松動(dòng)、螺栓壓緊墊片變形等引起的接觸電阻變大，局部出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象。（6）對(duì)封母固定包箍及支撐絕緣墊進(jìn)行了清除，對(duì)封閉母線(xiàn)的支架采用直接接地方式。

[1]范錫普.發(fā)電廠(chǎng)電氣部分.水利電力，1990年第二版.