海南瓊中抽水蓄能電站離相封閉母線結(jié)構(gòu)缺陷改造分析

凌 鵬，吳鐘欽，梅文星

(1.梅州抽水蓄能建設(shè)管理局，廣東梅州514400；2.海南蓄能發(fā)電有限公司，海南海口570100)

0 前 言

海南瓊中抽水蓄能電站(以下簡(jiǎn)稱“海蓄電站”)位于海南省瓊中黎族苗族自治縣境內(nèi)的南渡江南源黎田河上游，為日調(diào)節(jié)抽水蓄能電站，裝設(shè)3臺(tái)單機(jī)容量為200 MW的可逆式水泵水輪機(jī)-發(fā)電電動(dòng)機(jī)組，承擔(dān)海南電網(wǎng)的調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、緊急事故備用和孤網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定等任務(wù)。

海蓄電站13.8 kV離相封閉母線(IPB)由發(fā)電機(jī)出口至主變低壓側(cè)主回路及SFC、廠高變分支回路和啟動(dòng)回路組成，以鋁管外殼內(nèi)置鋁管導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)形式，采用鍍銀銅辮子或銅皮連接片與相關(guān)電壓設(shè)備連接。相比于常規(guī)電站，抽水蓄能電站離相封閉母線管路斷裝配形狀多樣、數(shù)量多、距離長(zhǎng)，支路繁多，相連接的發(fā)電機(jī)電壓設(shè)備多。復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使離相封閉母線現(xiàn)場(chǎng)安裝難度增大，因此對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造質(zhì)量要求高。在海蓄電站離相封閉母線安裝過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)較多設(shè)計(jì)或生產(chǎn)制造缺陷，影響其安裝工藝美觀性或運(yùn)行可靠性，以下重點(diǎn)分析幾處典型的結(jié)構(gòu)缺陷改造過(guò)程。

1 啟動(dòng)母線隔離刀閘軟連接結(jié)構(gòu)改造

1.1 缺陷情況

原設(shè)計(jì)圖紙的啟動(dòng)母線隔離刀閘連接結(jié)構(gòu)存在以下缺陷：?jiǎn)?dòng)母線與隔離刀閘的連接結(jié)構(gòu)如圖1所示，未考慮到隔離刀閘動(dòng)觸頭伸縮桿在實(shí)際分閘狀態(tài)下(左側(cè)虛線部分)會(huì)觸碰到銅辮子軟連接。若按原設(shè)計(jì)安裝，隔離刀閘在長(zhǎng)期動(dòng)作下，會(huì)導(dǎo)致銅辮子軟連接表面的鍍銀層被伸縮桿磨損，最終銅辮子斷裂。

缺陷原因：隔離刀閘與啟動(dòng)母線供貨廠家不同，由于廠家提供的圖紙上的刀閘在合閘狀態(tài)，在連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)只考慮到隔離刀閘合閘位置的伸縮桿狀態(tài)，未考慮到分閘狀態(tài)下的實(shí)際動(dòng)觸頭伸縮桿(左側(cè)虛線部分)會(huì)觸碰到銅辮子軟連接。

圖1 改造前隔離刀閘連接結(jié)構(gòu)示意

1.2 缺陷改造方案分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，改造方案如下：在母線端連接板(左側(cè))的上、下兩端各增加兩塊連接板，新增的4塊連接板在側(cè)視方向呈“凹”形布置，新增連接板與原連接板通過(guò)M12螺栓把合緊固，銅辮子的連接方式從正視方向前后布置方式改成上下布置方式，使隔離刀閘在分閘時(shí)動(dòng)觸頭伸縮桿不會(huì)觸碰到銅辮子，改造后結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 改造后隔離刀閘連接結(jié)構(gòu)示意

為防止新增連接板過(guò)熱，既要保證新增連接板材料足夠的導(dǎo)流能力，又要保證新增連接板與原連接板接觸緊密，接觸電阻足夠小。為了保證新增連接板材料足夠的導(dǎo)流能力，在選材上要保證新增連接板材料的電導(dǎo)率應(yīng)大于或等于原連接板的電導(dǎo)率，同時(shí)也要保證新增連接板的過(guò)流截面應(yīng)大于或等于原連接板的過(guò)流截面。為了提升選材的簡(jiǎn)便性，改造方案新增的4塊連接板采用與原連接板一致的材料和橫截面，使新增連接板與原連接板的導(dǎo)流能力一致。

為了保證新增連接板與原連接板之間接觸緊密，所用的螺栓、墊圈、螺母等緊固件，緊固時(shí)使用力矩扳手，按制造廠規(guī)定的力矩實(shí)施緊固，如表1所示。螺栓規(guī)格為M12，力矩應(yīng)為31.4～39.2 N·m。

表1 不同螺栓規(guī)格力矩 N·m

改造完畢后，用0.02 mm塞尺檢查新增連接板接觸緊密。經(jīng)過(guò)5次重復(fù)分、合閘試驗(yàn)，動(dòng)觸頭伸縮桿與銅辮子的最小距離達(dá)到100 mm，無(wú)觸碰磨損的風(fēng)險(xiǎn)。

2 發(fā)電機(jī)出口母線外殼密封板改造

2.1 缺陷情況

發(fā)電機(jī)出口母線外殼密封板缺陷：如圖3所示，廠房發(fā)電機(jī)層的發(fā)電機(jī)出口的風(fēng)洞墻體外形是具有弧度的，而設(shè)計(jì)圖紙上與墻體相接觸的母線外殼密封板是方形、無(wú)弧度的，廠家到貨的密封板也是方形的，與現(xiàn)場(chǎng)墻體不匹配，安裝效果嚴(yán)重影響美觀。此缺陷屬于設(shè)計(jì)缺陷，設(shè)計(jì)的發(fā)電機(jī)出口母線外殼密封板形狀與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)形狀不符合。

圖3 發(fā)電機(jī)出口母線結(jié)構(gòu)示意

發(fā)電機(jī)出口母線密封板用于封堵出口母線外殼與墻體預(yù)留口之間的縫隙，同時(shí)將出口母線外殼短接接地，保證外殼不帶電。發(fā)電機(jī)出口處，磁場(chǎng)強(qiáng)度大，母線外殼及封閉板感應(yīng)磁場(chǎng)大，若在封閉板中形成環(huán)流，則對(duì)母線外殼造成損傷，嚴(yán)重時(shí)直接燒壞母線外殼，降低封閉母線的絕緣水平。

2.2 缺陷改造方案分析

經(jīng)過(guò)綜合討論，發(fā)電機(jī)出口母線密封板改造的基本思路是：以保證發(fā)電機(jī)出口母線外殼安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，以節(jié)約成本的經(jīng)濟(jì)性考慮，嚴(yán)抓改造安裝工藝的標(biāo)準(zhǔn)化，保證改造效果的美觀性。從經(jīng)濟(jì)性考慮，改造的密封板材料采用原設(shè)計(jì)方案的原材料?，F(xiàn)場(chǎng)到貨的密封板為分成上下兩部分一致的長(zhǎng)方體形狀，如圖4中①所示的4 200 mm×750 mm×350 mm的下半部分密封板。改造方案見(jiàn)圖4。

圖4 發(fā)電機(jī)出口母線密封板改造示意

首先將圖4中①所示的原設(shè)計(jì)密封板分割成②所示的4部分，切割時(shí)注意保證完整性，切割邊沿整齊，切割完后進(jìn)行打磨，保證清潔；然后將②所示的4部分密封板材料拼接成③所示的整體，使用氬弧焊接固定，焊接完后進(jìn)行焊渣清理，進(jìn)行焊縫檢查；接著與現(xiàn)場(chǎng)母線外殼寬度實(shí)際對(duì)照，將密封板的A、B、C三相圓外沿進(jìn)行切割調(diào)整，按③中的A、B、C三相圓外沿下端虛線所示，與現(xiàn)場(chǎng)對(duì)照，確保與母線外殼相匹配，切割完后注意打磨清理；最后用榔頭將③所示長(zhǎng)方形密封板敲打成④所示的具有弧度的密封板，調(diào)整弧度使密封板與風(fēng)洞外沿墻體的弧度相適應(yīng)。密封板安裝完畢后，對(duì)密封板進(jìn)行刷漆，在切割、重焊的地方多刷幾道漆，以掩蓋改造的痕跡。

表2 焊縫外形尺寸和焊縫表面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

切割、重焊的改造方式對(duì)密封板傷害大，若切割、焊接的工藝不佳，焊縫不緊密，接觸電阻過(guò)大，密封板存在發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)感應(yīng)的環(huán)流，燒壞外殼和密封板。需要嚴(yán)格把控焊接工藝，保證密封板不會(huì)產(chǎn)生環(huán)流。密封板改造焊接采用氬弧焊，氬氣保證99.99%的高純度，焊接前用銅絲刷除焊縫附近的氧化物，用清洗劑清除油污。密封板焊接材料的選用及焊接工藝應(yīng)符合規(guī)范，焊絲采用ER1100Φ焊絲，對(duì)于焊件厚度為8 mm的密封板，氬弧焊的焊接電流為180～200 mA，焊接電壓為24～26 V，送絲速度為4.5～6.2 m/min，氬氣流量為25～28 L/min，焊接層數(shù)為2。焊縫外形尺寸和焊縫表面質(zhì)量應(yīng)符合表2。

經(jīng)過(guò)探傷檢測(cè)，切割和焊接處緊密，無(wú)明顯焊縫。經(jīng)過(guò)改造后，發(fā)電機(jī)出口母線密封板與弧形墻體貼合緊密，結(jié)合上漆工藝，能夠達(dá)到美觀效果。

3 電氣制動(dòng)刀分支母線偏心問(wèn)題改造

3.1 缺陷情況

2號(hào)發(fā)電機(jī)層的出口斷路器至電氣制動(dòng)刀的離相封閉母線的內(nèi)、外抱瓦均安裝焊接完畢后，發(fā)現(xiàn)電氣制動(dòng)刀分支母線A、C相與電氣制動(dòng)刀的A、C連接端嚴(yán)重偏心，如圖5所示，母線A相中心線向左偏移100 mm左右，C相中心線向右偏移100 mm左右。此缺陷屬于廠家生產(chǎn)制造不合格偏差造成的。母線導(dǎo)體與電制動(dòng)刀導(dǎo)體之間的銅皮軟連接具有一定的屈張性，導(dǎo)體之間能夠連接成功，但母線外殼與電制動(dòng)刀外殼之間的橡膠波紋管屈張性有限，外殼之間無(wú)法連接密封。

圖5 電氣制動(dòng)刀分支母線偏心示意

3.2 缺陷改造方案分析

電氣制動(dòng)刀分支母線偏心缺陷不影響導(dǎo)體的連接，但影響外殼的連接，導(dǎo)致外殼橡膠波紋管無(wú)法安裝。經(jīng)過(guò)討論分析，提出以下3種改造方案：

方案一，使用Φ950 mm×400 mm加長(zhǎng)版的橡膠波紋管代替原先Φ950 mm×300 mm橡膠波紋管，以解決距離不足問(wèn)題。

方案二，對(duì)A、C兩相分支母線導(dǎo)體和外殼進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)改造，切割后調(diào)整母線偏心率后重新焊接。

方案三，對(duì)電氣制動(dòng)刀框架外殼進(jìn)行改造，平移A、C兩相外殼圓支撐，使之與母線導(dǎo)體垂直后安裝橡膠波紋管。

其中方案一實(shí)施周期最短，工作量最小，但改造效果不明顯；方案二實(shí)施周期最長(zhǎng)，難度最大，制約因素最多，但改造效果最佳；方案三介于前兩者之間，不需要對(duì)主設(shè)備進(jìn)行改造，周期相對(duì)較短，改造后效果美觀。綜合比較分析后，現(xiàn)場(chǎng)采取方案三進(jìn)行改造。

如圖6所示電制動(dòng)刀框架外殼圓支撐改造的示意圖。A相外殼圓支撐向左移100 mm(虛線部分所示)，C相外殼圓支撐向右100 mm(虛線部分所示)，使圓支撐中心與母線外殼中心對(duì)齊。改造電氣制動(dòng)刀外殼需要注意以下兩點(diǎn)：一是改造后外殼與導(dǎo)體的最小距離應(yīng)在安全距離內(nèi)；二是嚴(yán)格把控防護(hù)、切割和焊接工序。

圖6 電氣制動(dòng)刀外殼改造示意

根據(jù)表3的最小空氣間隙安全距離要求，24 kV電壓等級(jí)的電氣制動(dòng)刀的最小安全距離為240 mm。以改造前圓支撐中心線為基準(zhǔn)線，改造后外殼與電制動(dòng)刀導(dǎo)體的最小距離(簡(jiǎn)稱最小距離)計(jì)算公式為：L(最小距離)=L(改造后圓支撐與基準(zhǔn)線的最小距離)-L(導(dǎo)體連接端垂直線與基準(zhǔn)線的距離)=(950/2-100)-100=275 mm。

改造后的外殼與電制動(dòng)刀導(dǎo)體的最小距離為275 mm，滿足表3所示的安全距離要求。

表3 最小空氣間隙安全距離

在電氣制動(dòng)刀框架外殼切割、焊接之前，應(yīng)提前做好電氣制動(dòng)刀的防護(hù)，先把電氣制動(dòng)刀的硬連接片拆除，然后用兩層防火布將電氣制動(dòng)刀包裹住。切割、焊接應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，焊縫外形尺寸和焊縫表面質(zhì)量也應(yīng)符合表2規(guī)范。

經(jīng)過(guò)改造，電制動(dòng)刀框架外殼圓支撐位置挪動(dòng)，使離相封閉母線外殼與電制動(dòng)刀外殼之間的橡膠波紋管能夠安裝，并且能夠密封嚴(yán)實(shí)。外觀效果美觀，符合“橫平豎直”。電制動(dòng)刀觸頭與外殼的安全距離足夠，運(yùn)行安全可靠。

4 總 結(jié)

離相封閉母線安裝難度大，工藝要求高，設(shè)計(jì)、驗(yàn)收和現(xiàn)場(chǎng)安裝等各個(gè)環(huán)節(jié)都要嚴(yán)格把控。以下是海蓄電站離相封閉母線安裝管理總結(jié)：

(1)前期嚴(yán)格審核設(shè)計(jì)圖紙，重點(diǎn)關(guān)注母線與電壓設(shè)備連接處設(shè)計(jì)。海蓄電站離相封閉母線缺陷大部分是設(shè)計(jì)缺陷，而設(shè)計(jì)缺陷的位置大部分是母線與電壓設(shè)備的連接處。為了防范母線與電壓設(shè)備連接處的設(shè)計(jì)缺陷，應(yīng)做好設(shè)計(jì)圖紙中連接處尺寸、連接形式和預(yù)設(shè)外觀的審核。

(2)嚴(yán)格抓好出廠驗(yàn)收及現(xiàn)場(chǎng)到貨驗(yàn)收。海蓄電站到貨開(kāi)箱驗(yàn)收時(shí)，發(fā)現(xiàn)存在較多運(yùn)輸過(guò)程中損壞、變形的現(xiàn)象。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)離相封閉母線及其配套附件的生產(chǎn)制造缺陷，出廠驗(yàn)收時(shí)抓好各項(xiàng)試驗(yàn)和抽樣檢測(cè)，到貨驗(yàn)收時(shí)認(rèn)真做好到貨設(shè)備質(zhì)量檢查，及時(shí)反饋運(yùn)輸損壞、尺寸偏差等質(zhì)量問(wèn)題。

(3)合理把控安裝順序。海蓄電站離相封閉母線的安裝順序：主變低壓側(cè)主回路-SFC/廠用分支-母線洞回路。離相封閉母線位于主變室里側(cè)的低壓側(cè)，GIS位于主變室外側(cè)的高壓側(cè)，離相封閉母線和GIS的配件都使用同一個(gè)橋架吊運(yùn)，由于主變室空間狹小，若GIS先安裝會(huì)阻礙離相封閉母線配件的吊運(yùn)，應(yīng)先安裝主變室里側(cè)的低壓側(cè)離相封閉母線的主回路和SFC/廠用分支。

離相封閉母線缺陷改造應(yīng)保證運(yùn)行安全穩(wěn)定，保證經(jīng)濟(jì)性，做到對(duì)相關(guān)設(shè)備損傷小，改造工作量小，保證改造效果美觀性。設(shè)計(jì)、監(jiān)造、驗(yàn)收階段是發(fā)現(xiàn)離相封閉母線缺陷的關(guān)鍵階段，通過(guò)嚴(yán)格的審查、把控，把缺陷消除在這3個(gè)階段。