發(fā)電機(jī)出口IPB抱箍局部溫度偏高原因分析及處理

王升，王志，彭興東，黃金山，李林

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610051）

1 概述

離相封閉母線( Isolated Phase Enclosed Bus，IPB) 是一種廣泛應(yīng)用于大容量發(fā)電機(jī)引出線回路及廠用變壓器分支回路的大電流傳輸裝置。IPB 由母線導(dǎo)體、外殼、支柱絕緣子、金具、外殼支持件、密封隔斷裝置、短路板、穿墻板、設(shè)備柜及與發(fā)電機(jī)、變壓器的連接結(jié)構(gòu)等部分構(gòu)成。導(dǎo)體一般采用管圓形的鋁導(dǎo)體；支柱絕緣子用瓷質(zhì)制成，支撐導(dǎo)體; 外殼為鋁質(zhì)，外殼采用抱箍固定在鋼橫梁上。

某水電站安裝有6臺單機(jī)600MW水輪發(fā)電機(jī)組，每臺發(fā)電機(jī)出口至主變低壓側(cè)之間采用全連式、自然冷卻離相封閉母線連接。從發(fā)電機(jī)主引出線至主變壓器低壓側(cè)△回路分支處的離相封閉母線(含短路試驗段)為主回路母線；從△回路分支處至主變壓器低壓套管的離相封閉母線為△回路母線；從主回路母線引接至勵磁變壓器、高壓廠用變壓器及發(fā)電機(jī)電壓配電裝置柜的離相封閉母線為分支回路母線。

運行人員巡檢時使用紅外熱像儀（型號：FLIR E40）檢查發(fā)現(xiàn)1#～6#發(fā)電機(jī)出口主回路母線IPB抱箍支架處均存在局部溫度偏高現(xiàn)象，其中6#發(fā)電機(jī)出口C相IPB第一節(jié)抱箍左側(cè)支架局部最高溫度達(dá)到91.7℃，如圖1所示。

圖1 6#發(fā)電機(jī)出口C相IPB第一節(jié)抱箍左側(cè)支架局部溫度

經(jīng)檢查，其他機(jī)組出口IPB抱箍支架處均存在局部溫度高的現(xiàn)象，各機(jī)組出口IPB抱箍支架處最高溫度見表1。

由表1可以看出1#～6#機(jī)組IPB抱箍支架局部最高溫度均超過70℃，其中2#、3#、6#機(jī)組最高溫升超過30K。根據(jù)設(shè)計院發(fā)布的“電站設(shè)計運行說明書”中規(guī)定，離相封閉母線外殼支持結(jié)構(gòu)最高允許溫度為70℃，最高溫升限值為30K。因此，1#～6#機(jī)組IPB抱箍支架局部最高溫度和最高溫升已超過或接近允許值。

表1 機(jī)組出口IPB抱箍支架處最高溫度

2 原因分析

根據(jù)焦耳定律，電流通過導(dǎo)體所產(chǎn)生的熱量和導(dǎo)體的電阻成正比，和通過導(dǎo)體的電流的平方成正比，和通電時間成正比。發(fā)電機(jī)出口IPB抱箍局部溫度偏高可能與抱箍上流過的電流和抱箍的對地電阻有關(guān)，因此可以推測導(dǎo)致溫度偏高主要有以下3個原因：感應(yīng)電流；絕緣降低；部件松動。

結(jié)合機(jī)組運行方式和歷次機(jī)組C修的記錄，對以上3個原因分析如下。

2.1 感應(yīng)電流

根據(jù)此次檢查發(fā)現(xiàn)，IPB抱箍溫度偏高均位于發(fā)電機(jī)出口附近。由于發(fā)電機(jī)在設(shè)計上的缺陷，在運行時在發(fā)電機(jī)周圍產(chǎn)生漏磁通，漏磁通是一種交變的磁場，交變的磁場在IPB外殼及抱箍處產(chǎn)生感應(yīng)電流，形成渦流損耗發(fā)熱，加之IPB外殼環(huán)流趨膚效應(yīng)，導(dǎo)致渦流損耗向IPB抱箍邊緣過度集中，因此容易造成發(fā)電機(jī)出口IPB抱箍支架處溫度偏高。在2014～2015年度C修期間，曾處理過6#發(fā)電機(jī)出口IPB的C相第一個、第二個抱箍銷釘發(fā)熱缺陷，處理措施為在抱箍上各安裝了一根50mm2接地線，處理后抱箍銷釘溫度有明顯降低。因此，發(fā)電機(jī)出口IPB外殼及抱箍處產(chǎn)生的感應(yīng)電流是導(dǎo)致局部溫度偏高的原因之一。

2.2 絕緣降低

IPB內(nèi)部結(jié)構(gòu)為三支瓷質(zhì)支柱絕緣子一端支撐導(dǎo)體，另一端固定在外殼上。在長期運行中，IPB內(nèi)部支柱絕緣子可能因為環(huán)境溫度和粉塵聚集等影響，導(dǎo)致絕緣性能下降。若發(fā)電機(jī)出口IPB內(nèi)部出現(xiàn)絕緣降低，IPB內(nèi)部導(dǎo)體可能會對外殼產(chǎn)生放電，放電電流經(jīng)過IPB外殼抱箍傳導(dǎo)至接地極。如果IPB外殼抱箍某處對地接觸不良，導(dǎo)致存在對地電阻，此時放電電流可能在此處產(chǎn)生熱量，以至于局部溫度偏高。

但是在2017～2018年度C修期間，對1#～6#發(fā)電機(jī)出口IPB均進(jìn)行過絕緣測試，測試結(jié)果均正常，且檢修結(jié)束至今時間不長，因此IPB內(nèi)部出現(xiàn)絕緣降低的可能性較低。

2.3 部件松動

IPB抱箍采用分瓣結(jié)構(gòu)，各分瓣間采用螺栓固定，并且抱箍與鋼橫梁之間的支撐部位也是采用螺栓固定。在發(fā)電機(jī)長期運行中，由于振動導(dǎo)致母線外殼變形產(chǎn)生應(yīng)力，各處螺栓和短接線處經(jīng)過長期振動磨損后導(dǎo)致接觸不良，導(dǎo)流面積不足，局部電流密度過大，造成發(fā)熱嚴(yán)重。

通過上述分析，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)出口IPB抱箍支架局部溫度偏高的原因可歸納為以下兩種：

（1）發(fā)電機(jī)出口IPB處感應(yīng)電流；

（2）IPB抱箍的螺栓和短接線存在磨損或松脫。

3 處理措施

根據(jù)曾經(jīng)處理過6#發(fā)電機(jī)出口IPB抱箍銷釘發(fā)熱缺陷的經(jīng)驗，在1#～6#機(jī)組IPB抱箍上共安裝35組截面積50mm2黃綠相間接地線，如圖2所示，安裝后1#～6#機(jī)組IPB抱箍支架溫度均小于60℃。

圖2 IPB抱箍連接處安裝接地線

4 結(jié)語

本文針對發(fā)電機(jī)出口IPB抱箍局部溫度偏高的異?，F(xiàn)象，通過分析原因，為采取處理措施提供了參考依據(jù)，并且設(shè)備運行維護(hù)人員利用紅外熱成像儀查找設(shè)備異常為提高運行巡檢質(zhì)量具有借鑒意義。