封閉母線氣密性不良的原因分析與處理

楊立影

福建福清核電有限公司維修二處 福建福州 350000

福清核電1號機(jī)組發(fā)電機(jī)離相封閉母線（IPB）由鎮(zhèn)江華東電力設(shè)備制造廠生產(chǎn)，型號為QLFM-24/33000-Q/I，即全連式金屬離相封閉母線，冷卻方式為帶有微正壓裝置的閉式強迫風(fēng)冷，離相封閉母線主回路及發(fā)電機(jī)連接處均采用風(fēng)冷，其他回路母線（包括勵磁變、電壓互感器分支母線，高廠變分支母線和主變△回路）采用自冷，發(fā)電機(jī)連接處采用開式冷卻系統(tǒng)，主回路采用閉式循環(huán)冷卻系統(tǒng)。

離相封閉母線的主要功能是將汽輪發(fā)電機(jī)的輸出功率通過它與主變低壓側(cè)相連，同時也使功率經(jīng)過高壓廠變A和高壓廠變B到6．6kV母線，以及發(fā)電機(jī)出口電壓互感器、主變低壓側(cè)電壓互感器和勵磁變。

離相封閉母線微正壓裝置的主要作用是使發(fā)電機(jī)離相封閉母線外殼內(nèi)的干燥空氣壓力維持在一個比外界大氣壓略高一些的水平，形成微正壓，從而抑制外界潮濕空氣通過母線外殼上的安裝接合處進(jìn)入母線內(nèi)部。在母線外殼密封有保證的情況下，使用微正壓裝置可以保持母線外殼內(nèi)空氣的干燥和潔凈，運行溫度和環(huán)境溫度的大幅變化不容易使母線內(nèi)壁和絕緣子出現(xiàn)凝露現(xiàn)象，從而提高母線整體的絕緣水平，防止母線帶電運行過程中出現(xiàn)接地和短路故障。

為了防止離相封閉母線殼外的灰塵、潮氣進(jìn)入外殼內(nèi)部，臟污導(dǎo)體及絕緣子，降低母線的絕緣水平引發(fā)閃絡(luò)，在封閉母線系統(tǒng)還裝設(shè)了一套空氣循環(huán)干燥裝置。

因封閉母線的導(dǎo)體封閉在外殼之內(nèi)，具有良好的防塵效果和一定的防潮性能，從而降低了絕緣故障發(fā)生率，特別是相間短路的發(fā)生率，增強了母線運行的可靠性。

封閉母線的主要缺陷是氣密性難以保證，而氣密性的好壞直接影響到母線的絕緣性能，繼而影響母線的正常運行[1]。在國內(nèi)因封閉母線氣密性不良引起的事故已發(fā)生多起，福清核電1號機(jī)組離相封閉母線完成安裝后，封閉母線的漏氣問題也沒有得到徹底解決，空氣泄漏率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 離相封閉母線強迫風(fēng)冷系統(tǒng)（IPB-FAC）構(gòu)造

離相封閉母線主回路采用閉式強迫風(fēng)冷，構(gòu)造如圖1所示，含有5個模塊：2個進(jìn)風(fēng)模塊、2個回風(fēng)模塊、1個熱交換器模塊。2個進(jìn)風(fēng)模塊分別含兩套風(fēng)機(jī)和電機(jī)；2個回風(fēng)模塊分別含兩個電動單相風(fēng)門；1個熱交換器模塊含2套空氣-水熱交換冷卻器，其中1-風(fēng)門（開啟），2-風(fēng)門（關(guān)閉），3-手動球閥（水），4-熱交換器，5-出口風(fēng)道W，6-進(jìn)口風(fēng)道V，7-出口風(fēng)道U，8-電動球閥（水），9-手動蝶閥，MV1/2/3/4：風(fēng)機(jī)，F(xiàn)S1/2：流量開關(guān)，K2/3：漏水開關(guān)，B4/5：水溫測點，B6：空氣濕度測點，B7/8：氣溫測點。

圖 強迫風(fēng)冷系統(tǒng)構(gòu)造Fig.1 Structure of lPB-FAC

IPB-FAC系統(tǒng)流程如圖2所示，經(jīng)過空氣-水熱交換器冷卻后的空氣從A、C相進(jìn)入外殼內(nèi)部，經(jīng)發(fā)電機(jī)側(cè)母線端部及主變?nèi)腔芈诽幵O(shè)置的相間消離子連通管匯入B相外殼，受熱后的空氣由B相進(jìn)入空氣-水熱交換器冷卻后再返回A、C相，其中1-母線進(jìn)口風(fēng)道W（裝置本體出口風(fēng)道W），2-母線出口風(fēng)道V（裝置本體進(jìn)口風(fēng)道V），3-母線進(jìn)口風(fēng)道U（裝置本體出口風(fēng)道U），4-母線隔斷（盤式絕緣子），5-相間消離子裝置，6-相間調(diào)節(jié)風(fēng)門，7-安全閥門，8-微正壓裝置進(jìn)氣口，PA1/PA2/PA3-流量開關(guān)，B1/B2/B3/B9-氣溫測點，011/012/013MT-發(fā)電側(cè)母線外殼溫度測點，014/015/016MT-主變側(cè)母線外殼溫度測點。

圖2 強迫風(fēng)冷系統(tǒng)流程圖Fig.2 Flow diagram of lPB-FAC

圖3 盤式絕緣子處漏氣Fig.3 Leakage of Pots lnsulator

2 氣密性不良原因分析及處理

2.1 氣密性不良現(xiàn)象

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[1]要求，微正壓充氣離相封閉母線的外殼內(nèi)充以500Pa～1500Pa壓力的干燥凈化空氣，空氣泄漏率每小時不超過外殼內(nèi)容積的6%。由于外殼容積較難計算，而時間容易測定，因此根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，計算出壓縮空氣泄漏6%時外殼所需的時間t即可，即：

PV=nRT=mRT/M

其中，V為外殼的容積，T為溫度（壓力變化過程中溫度變化較小，忽略不計），R為氣體常數(shù)，M為空氣摩爾質(zhì)量。P0為大氣壓，則：

福清核電1號機(jī)組離相封閉母線安裝完成后，封閉母線的空氣泄漏率嚴(yán)重超標(biāo)，從1500Pa到500Pa僅能維持3分45秒，有多處明顯漏氣點。

2.2 氣密性不良產(chǎn)生的原因分析

2.2.1 結(jié)構(gòu)原因

在發(fā)電機(jī)出線側(cè)、電壓互感器連接處、主變低壓側(cè)接地變連接處母線端部，設(shè)有絕緣密封盤式絕緣子，以螺栓固定，并且在絕緣子與母線外殼間涂抹密封膠來防止漏氣。因運輸過程、吊裝過程引起的盤式絕緣子螺栓松動、密封膠脫膠均會導(dǎo)致盤式絕緣子處漏氣[2]?，F(xiàn)場檢查中發(fā)現(xiàn)，在絕緣子與母線外殼的間隙處確實出現(xiàn)了較為明顯的漏氣。

封閉母線風(fēng)機(jī)室的電動風(fēng)門依靠電動機(jī)構(gòu)驅(qū)動，如圖4所示。電動機(jī)構(gòu)與風(fēng)門齒輪連桿處設(shè)有“O”型密封圈密封。但由于連桿制造過程中偏心，“O”型密封圈與連桿的嚙合不良，密封性能降低，尤其在連桿驅(qū)動風(fēng)門期間，漏氣嚴(yán)重。

圖4 電動風(fēng)門驅(qū)動機(jī)構(gòu)處漏氣Fig.4 Leakage of Electric Damper Driving Mechanism

2.2.2 安裝原因

封閉母線導(dǎo)體通過絕緣子支持于外殼內(nèi)部，絕緣子支持采用同一斷面三個絕緣子支持形式，每個絕緣子之間相差120°，成Y型，絕緣子及蘑菇型金具指向母線導(dǎo)體中心。各段離相封閉母線就位后，為滿足母線導(dǎo)體焊接的誤差要求及母線導(dǎo)體與外殼的同軸度不超過±5mm的要求，需通過調(diào)整絕緣子的調(diào)高墊塊，以調(diào)整母線導(dǎo)體高度，如圖5所示。其中1-蘑菇型支持金具，2-金屬彈性塊，3-支柱絕緣子，4-六角螺栓，11-橡膠密封墊（一），12-調(diào)高墊塊，13-絕緣子固定底板，14-橡膠密封墊（二），15-絕緣子支持底座。調(diào)整完成母線導(dǎo)體高度后，需將絕緣子支持底座上的所有六角螺栓全部緊固，但因安裝工序遺漏，部分支持底座螺栓未恢復(fù)緊固，導(dǎo)致密封不嚴(yán)，漏氣嚴(yán)重。

封閉母線與強迫風(fēng)冷裝置之間設(shè)有可拆氣路通道。氣路通道分為進(jìn)風(fēng)通道和回風(fēng)通道，其中兩個進(jìn)風(fēng)通道分別和A、C相母線外殼上焊接的風(fēng)道連接，1個回風(fēng)通道則和B相母線外殼上焊接的通道相連。可拆氣路風(fēng)道上端采用橡膠伸縮套的連接方式，下端則采用法蘭接口的連接方式和風(fēng)冷裝置本體相連[3]?？刹饸饴吠ǖ琅c封閉母線之間的橡膠伸縮套安裝完成后，需用不銹鋼帶抱箍或壓環(huán)將其收緊于外殼上，再用玻璃密封膠對橡膠套邊緣部位進(jìn)行密封處理，如圖6所示。由于遺漏玻璃密封膠密封處理的安裝工序，橡膠套邊緣出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。

2.2.3 焊接質(zhì)量

封閉母線強迫風(fēng)冷裝置的2個進(jìn)風(fēng)模塊、2個回風(fēng)模塊、1個熱交換器模塊在福清核電工程采用焊接的方式拼裝對接，如圖7所示。各模塊外殼均為鋁材，對焊接工藝要求較高：

圖5 絕緣子支持底座處漏氣Fig.5 Leakage of lnsulator Support Base

圖6 橡膠套邊緣部位漏氣Fig.6 Leakage of Rubber Sleeve Edges

（1）鋁板易和氧起作用，在其表面生成一層致密而又難熔的氧化膜，且氧化膜的比重也大，不易浮出熔池而形成焊縫夾渣；

（2）液態(tài)鋁可溶解大量氫氣，固態(tài)鋁幾乎不溶解氫，因此，熔化的焊縫金屬快速冷卻與凝固時，氫氣來不及析出，容易在焊縫中聚集形成氣孔；

（3）焊接環(huán)境潮濕等因素也會影響焊接處的密封性能。

經(jīng)對焊縫進(jìn)行PT滲透檢測，部分焊縫有明顯氣孔。微正壓充氣至500Pa到1500Pa情況下，噴涂肥皂水，出現(xiàn)明顯氣泡，漏氣明顯。

圖7 強迫風(fēng)冷裝置焊縫處漏氣Fig.7 Leakage of FAC Welds

2.3 故障處理方法

針對封閉母線氣密性不良的原因，經(jīng)與設(shè)備廠家商定，采取以下措施處理：

（1）逐一排查漏氣點：啟動微正壓裝置向封閉母線充氣，維持壓力500Pa～1500Pa。對所有絕緣子法蘭面、橡膠套連接部位、風(fēng)門驅(qū)動機(jī)構(gòu)噴涂肥皂水，檢查漏點并用記號筆進(jìn)行標(biāo)記。封閉母線泄壓后，對強迫風(fēng)冷裝置模塊間焊縫進(jìn)行PT滲透試驗，對氣孔進(jìn)行標(biāo)注定位。

（2）在強迫風(fēng)冷裝置模塊間的焊縫氣孔處均勻涂抹玻璃密封膠封堵，靜置24小時，等待密封膠固化。

（3）緊固橡膠伸縮套不銹鋼帶抱箍，確認(rèn)將其收緊于外殼上，再用玻璃密封膠對橡膠套邊緣部位進(jìn)行密封處理，靜置24小時，等待密封膠固化；

（4）緊固發(fā)電機(jī)與封閉母線連接處，電壓互感器、主變低壓側(cè)接地變壓器分支母線處共12支盤式絕緣子法蘭螺栓，并在盤式絕緣子與封閉母線外殼間均勻涂抹玻璃密封膠，靜置24小時，等待密封膠固化；

（5）緊固母線導(dǎo)體支柱絕緣子底座螺栓。主變低壓側(cè)封閉母線△回路標(biāo)高達(dá)10．75米，緊固導(dǎo)體支柱絕緣子底座螺栓需搭設(shè)腳手架。在不具備工期窗口情況下，為滿足施工要求，現(xiàn)場采用10米電動升降車代替；

（6）確認(rèn)已標(biāo)記的漏氣點全部處理完成，玻璃密封膠已固化。啟動微正壓裝置，向封閉母線內(nèi)充氣，再次進(jìn)行氣密性試驗，并重復(fù)步驟（1）-（5），直到氣密性試驗合格。

（7）玻璃密封膠在強水-紫外輻照、高溫環(huán)境下，易加速老化，密封性能降低。因此，需考慮在機(jī)組停機(jī)檢修期間增加封閉母線氣密性檢查的預(yù)防性試驗項目，處理漏氣點，防止封閉母線受潮。

經(jīng)過反復(fù)查找、處理漏氣點，2014年3月31日，封閉母線氣密性合格，保壓時間達(dá)到11分10秒。

3 結(jié)語

由本次故障的原因分析和處理措施可知，封閉母線的制造質(zhì)量、安裝質(zhì)量和焊接質(zhì)量對于封閉母線的氣密性影響很大。封閉母線運行后，氣密性問題可能因密封膠的密封性能降低再次發(fā)生，因此，得出以下結(jié)論：

（1）加強設(shè)備制造過程和出廠試驗控制。封閉母線制造期間，需設(shè)置質(zhì)量見證點，出廠試驗根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)必須制定詳細(xì)的試驗質(zhì)量計劃，業(yè)主人員見證試驗全過程；

（2）加強安裝期間的文件控制和質(zhì)量控制。封閉母線安裝及試驗必須出具詳細(xì)的安裝方案，監(jiān)理公司、業(yè)主公司對質(zhì)量見證點進(jìn)行嚴(yán)格控制。封閉母線安裝完成后，需對所有法蘭，密封面的螺栓進(jìn)行緊固，密封面邊緣部位用玻璃密封膠密封處理；

（3）提高焊接質(zhì)量。強迫風(fēng)冷裝置模塊焊接必須由具備資質(zhì)的氬弧焊焊工擔(dān)任，焊接前還應(yīng)提取試品試焊，然后拍片檢查，合格后才能正式焊接。焊接前，技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)不同部位，施焊電流的大小，焊接環(huán)境的要求等做出詳細(xì)的技術(shù)要求，明確技術(shù)要點，難點和質(zhì)量目標(biāo)[2-3]。

（4）增加預(yù)防性維修項目。在機(jī)組停機(jī)檢修期間增加封閉母線氣密性檢查的預(yù)防性試驗項目，重點關(guān)注以密封膠密封部位的漏氣情況，對漏氣點進(jìn)行重新打膠密封處理，防止封閉母線受潮。