劉家峽排沙洞擴機工程母線溫升問題分析及處理

(中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧 沈陽 110179)

1 概 述

劉家峽洮河口排沙洞及擴機工程位于劉家峽水電站左岸，為保持排沙洞進口“門前清”，確保排沙洞安全運行，擬結(jié)合排沙洞擴機發(fā)電。擴機電站裝機2臺單機容量為150MW的混流式水輪機，總裝機容量300MW，工程屬Ⅱ等大(2)型工程，電站以兩回110kV電壓等級接入電力系統(tǒng)。發(fā)電機主引出線經(jīng)發(fā)電機出口斷路器至主變壓器低壓側(cè)，發(fā)電機中性點引出線至中性點設(shè)備均采用FM(427)-24/8000-Z型全連式三相離相封閉母線連接，主母線共分12段，外殼直徑800mm，導體直徑300mm，發(fā)電機電壓母線至勵磁變、廠高變、電壓互感器柜、電壓互感器及避雷器柜均采用FM(427)-24/630-Z分支母線連接，分支母線共分3段，外殼直徑600mm，導體直徑100mm。

2 母線外殼燒紅處理方案

2.1 問題的出現(xiàn)

機組升流及短路特性試驗是通過對發(fā)電機、母線等一次設(shè)備升流，檢查發(fā)電機主回路CT二次接線的正確性，檢查相關(guān)保護、測量、錄波、勵磁、調(diào)速器和機組LCU電流回路的正確性，檢查發(fā)電機保護裝置動作的準確性，衡量機組正常運行的重要指標。

劉家峽擴機工程在2017年12月4日8號機組進行的短路升流試驗中，110kV出線側(cè)短路點K3點(110kV出線側(cè))已可靠接地，并采取切實措施確保升流過程中回路不致開路。投入發(fā)電機繼電保護、水力機械保護裝置和主變壓器冷卻器及其控制信號回路。一切就緒后開始進行升流，在對一次電壓回路巡檢過程中，發(fā)現(xiàn)主變低壓側(cè)母線支撐件與抱箍連接處出現(xiàn)燒紅現(xiàn)象(見圖1)，發(fā)電機中性點、發(fā)電機出口封閉母線等其余部位抱瓦短時間溫升超過《金屬封閉母線》(GB/T 8349—2000)中金屬封閉母線各部位的允許溫度和溫升的相關(guān)值，試驗被迫停止。試驗中各部位溫度異常見表1。

表1 試驗中各部位溫度異常統(tǒng)計

注金屬封閉母線用螺栓緊固的導體或外殼的接觸面不應(yīng)用不同的金屬或金屬鍍層構(gòu)成。

2.2 問題部位統(tǒng)計及熱像儀成像狀況

試驗結(jié)束后，對溫度異常部位進行了統(tǒng)計，發(fā)熱燒紅較明顯部位共有兩處：分別為主變低壓側(cè)母線支吊架處、發(fā)電機中性點短路板處，其余母線支吊架橫擔部位存在超溫現(xiàn)象。為了利于分析原因，下面主要以主變低壓側(cè)抱箍燒紅部位熱像儀照片進行說明，具體見圖1。

圖1 主變低壓側(cè)抱箍燒紅部位熱像儀照片

2.3 發(fā)熱的原因分析

經(jīng)現(xiàn)場查看，母線外殼抱瓦利用螺栓將半圓形抱箍連接在一起，因為連接螺栓為鍍鋅螺栓，使得抱箍類似于一個互感器，從而使得抱箍產(chǎn)生感應(yīng)電流。根據(jù)電磁學相關(guān)理論，運行中的母線交流電流在其周圍空間內(nèi)產(chǎn)生呈正弦規(guī)律變化的磁場，該磁場在母線外殼上產(chǎn)生感應(yīng)電勢，該感應(yīng)電流的大小與所產(chǎn)生的磁場能抵消母線上的交流電流所產(chǎn)生磁場，即感應(yīng)電流與發(fā)電機負荷電流相等。對于母線外殼及局部地區(qū)支撐構(gòu)件而言，該部位發(fā)熱量與其電阻大小、流過此處的電流成正比。

結(jié)合以上問題得出下列幾點是造成外殼抱箍處溫度增高的直接原因：

a.主變低壓側(cè)發(fā)生燒紅現(xiàn)象的原因是主變低壓側(cè)圖紙中無外殼短路板。

b.封閉母線所有支撐結(jié)構(gòu)件未可靠接地(接地緊靠兩個吊桿與前期預埋的基礎(chǔ)板連接，未與主接地網(wǎng)可靠連接)。

c.封閉母線外殼抱箍采用環(huán)形構(gòu)件以落實連接，形成一個閉合回路，且抱箍與支撐槽鋼連接處為銷軸連接，電阻大，通過電流時產(chǎn)生發(fā)熱高于其他地方。

d.母線溫度測量裝置布局不合理，測點少等因素也是造成未能第一時間發(fā)現(xiàn)燒紅的原因。

3 初步處理方案

升流過程中在母線外殼產(chǎn)生感應(yīng)電流，以反抗磁通的變化，這種電流以磁通的軸線為中心呈渦旋形態(tài)，故稱渦流。

隨著電流的上升，磁場變化加快，電動勢越大，渦流越強，結(jié)合電流的熱效應(yīng)渦流能使導體發(fā)熱。經(jīng)過現(xiàn)場檢查及查閱圖紙得知：?利用鍍鋅扁鋼將封閉母線所有支撐結(jié)構(gòu)件連接起來，并在不同的兩點與主接地網(wǎng)連接；?主變低壓側(cè)母線外殼未安裝短路板，加裝短路板；?對母線外殼及所有結(jié)構(gòu)件連接螺栓進行緊固。上述所有工作完成后，再次進行溫升試驗，所有部位溫度達到穩(wěn)定值并滿足規(guī)范要求。

4 現(xiàn)場處理及試驗分析

針對兩處燒紅較嚴重部位以及支吊架橫擔普遍存在的超溫現(xiàn)象，結(jié)合前文所提出的初步處理方案，對各部位采用排除法進行處理。

4.1 主變低壓側(cè)問題處理

在主變低壓側(cè)相應(yīng)位置增加短路板。主變低壓側(cè)母線外殼短路板焊接示意見圖2。

觀察組患者提供圍手術(shù)期優(yōu)質(zhì)護理血糖指標顯著低于對照組，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），血糖控制較好。見表2。

GB/T 8349—2000中6.5.2規(guī)定：“全連式離相封閉母線的外殼可采用一點或多點通過短路板接地。一點接地時，必須在其中某一處短路板上設(shè)置一個可靠的接地點；多點接地時，可在每處但至少在其中一處短路板上設(shè)置一個可靠的接地點。”本項目采用兩點接地扁鋼與主接地網(wǎng)可靠連接后，三相之間外殼及抱箍上的感應(yīng)電流不再經(jīng)過抱箍流經(jīng)支撐鋼構(gòu)件，產(chǎn)生的感應(yīng)電流最終經(jīng)接地扁鋼相互抵消流入大地，之前燒紅部位不再有電流通過，所以溫度不再上升。

再次試驗時發(fā)現(xiàn)增加短路板位置溫度仍高于其他部位(主變低壓側(cè)增加短路板后熱像儀照片見圖3)，經(jīng)檢查后發(fā)現(xiàn)焊接部位局部存在虛焊現(xiàn)象，依據(jù)GB/T 8349—2000中7.10.3所述“焊縫不允許有裂紋、燒穿、焊坑、焊瘤等，未焊透長度不得超過焊縫長度的10%，深度不超過被焊金屬厚度的5%”，最終造成這兩處三相母線外殼所產(chǎn)生的電流無法抵消，電流經(jīng)過母線外殼抱箍連接處匯集于支撐槽鋼構(gòu)件上，形成的局部回路電流無法正常抵消，導致燒紅現(xiàn)象的產(chǎn)生。

經(jīng)過對局部焊縫進行補焊，對接地扁鋼連接部位進行拋光打磨處理，使螺栓把合面的氧化層和漆層完全去除，然后再將螺栓緊固好。

圖2 主變低壓側(cè)母線外殼短路板焊接示意圖

圖3 主變低壓側(cè)增加短路板后熱像儀照片

4.2 發(fā)電機中性點問題處理

針對發(fā)電機中性點部位溫升過高問題，現(xiàn)場停機后安排人員利用升降機對發(fā)電機中性點共箱母線及出口母線進行了檢查，結(jié)合圖紙發(fā)現(xiàn)此處短路板安裝位置與圖紙不一致。經(jīng)過業(yè)主與廠家現(xiàn)場確認后，明確安裝位置錯誤，因短路板位置與風洞封堵板位置接近，安裝人員在對廠家圖紙與設(shè)計圖紙沒有仔細審核吃透的情況下，誤將短路板當作封堵板安裝在風洞口，導致最新的三項之間渦流無法抵消而出現(xiàn)燒紅，隨后對錯誤的短路板進行了拆除并安裝至設(shè)計相應(yīng)位置，安裝焊接完成后進行試驗，溫度達到正常。

4.3 支吊架普遍問題處理

依據(jù)GB/T 8349—2000中7.11.2所述“外殼支持鋼構(gòu)件均應(yīng)涂漆或熱浸鋅處理”，在重新緊固所有支撐構(gòu)件把合螺栓時將其他材質(zhì)的螺栓全部更換為鍍鋅螺栓，并利用扁鋼將所有支撐構(gòu)件全部連接起來(見圖4)，所有問題處理完，后續(xù)試驗中溫度達到標準值。

圖4 母線支撐構(gòu)件增加接地扁鋼示意圖

上述幾種因素均排除后再次進行試驗，并結(jié)合廠家技術(shù)將各部位實時監(jiān)控起來，使得現(xiàn)地溫度可以溫升及各類數(shù)據(jù)均達到規(guī)范要求，部分溫度回落大于處理前期望值。證明相關(guān)處理正確，滿足機組安全運行標準。

5 詳細處理方法

5.1 第一次處理過程及方案

a.發(fā)電機中性點安裝位置不合適的短路板進行拆除,重新處理后進行焊接并按照《母線焊接技術(shù)規(guī)程》(DL/T 754—2013)中相關(guān)條款進行。

c.將所有母線支持鋼構(gòu)件利用接地扁鋼可靠連接，并在不同兩點與主接地網(wǎng)進行連接。

d.所有構(gòu)件螺栓全部進行緊度，并按照廠家要求進行力矩檢測。

e.所有問題處理完后，現(xiàn)場恢復至轉(zhuǎn)機條件后再次進行試驗，發(fā)現(xiàn)主變低壓側(cè)短路板處溫度在65～80℃之間，不符合規(guī)范要求。

5.2 第二次處理及試驗過程

a.經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)短路板鋁板平面不平，與接地扁鋼搭接面存在虛接情況，局部焊接部位因空間問題焊接不符合要求。

b.對接地扁鋼與短路板接合面進行校直處理，打磨掉表面氧化層；焊接部位不合適的刨開重新進行焊接，并注意焊縫滿足技術(shù)規(guī)范相關(guān)條款要求。

c.經(jīng)過第二次處理后，溫升試驗中所有部位溫度均符合規(guī)范要求，對比見表2。

表2 第二次處理后溫度對比(環(huán)境溫度為-5℃)

6 結(jié) 論

本文對離相封閉母線在機組溫升試驗中出現(xiàn)的異常情況作了簡要分析，通過排除法對產(chǎn)生局部溫升的部位進行了處理，暴露出施工過程中經(jīng)驗不足與管理松懈。

經(jīng)過總結(jié)得出以下結(jié)論：

a.在廠家設(shè)計圖紙不全的情況下，未對到貨設(shè)備進行仔細核對，現(xiàn)場質(zhì)量管控未落實到位。

b.設(shè)計接地網(wǎng)未與支撐性鋼構(gòu)件可靠連接，對設(shè)計圖紙存在審核不到位情況。

c.試驗前對電氣設(shè)備的檢查不到位。

d.利用后來建成的溫度遙測網(wǎng)絡(luò)將各部位溫度實時進行比對，并建立異常數(shù)據(jù)預警機制。

本文案例反映出現(xiàn)階段施工過程中技術(shù)力量薄弱、現(xiàn)場質(zhì)量管控不到位等普遍現(xiàn)象。希望在今后的工程施工過程中嚴格執(zhí)行質(zhì)量管控措施，及時對不確定問題進行協(xié)調(diào)，加強施工一線人員質(zhì)量意識。