豐滿水電站全面治理工程中離相封閉母線設(shè)計

王振羽 宋明鈺 薄巖 吳強(qiáng) 趙卓

摘要：根據(jù)豐滿水電站全面治理（重建）工程的實際情況，介紹了本項目離相封閉母線設(shè)計中的主要技術(shù)問題，從選型、布置、結(jié)構(gòu)及發(fā)電機(jī)主出線連接處磁屏蔽、防凝露裝置的選型設(shè)計等多方面論述了豐滿水電站全面治理工程在離相母線上采取的各項技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：離相封閉母線;G245-Ⅱ空氣循環(huán)干燥裝置;豐滿水電站全面治理

中圖分類號：TV52

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）12-0189-04

0 引言

水電站的全面治理工程是通過新建大壩恢復(fù)其原水電站的任務(wù)和功能，新建位置則在原大壩下游120m處。電站將新建6臺單機(jī)20萬kW混流式水輪發(fā)電機(jī)組，保留原三期工程2臺14萬kW機(jī)組，總裝機(jī)容量達(dá)到148萬kW-h，屆時年均發(fā)電量達(dá)17.09億kW，以500kV電壓接人吉林電網(wǎng)。經(jīng)全面治理的豐滿水電站仍是東北電網(wǎng)中的一座骨干電站，在供電、體統(tǒng)調(diào)頻、事故備用方面具有重要作用。豐滿水電站全面治理（重建）工程發(fā)電機(jī)出口電壓為15.75kV，設(shè)有6臺550kV變壓器，采用6組發(fā)電機(jī)一變壓器單元接線。

1 封閉母線的選型

1.1 封閉母線的相關(guān)定義

封閉母線是用外殼將導(dǎo)體連同絕緣等封閉起來的組合體，根據(jù)外殼的材質(zhì)又分為非金屬封閉母線和金屬封閉母線。金屬封閉母線通常根據(jù)封閉的原理、結(jié)構(gòu)、冷卻方式和接地方式進(jìn)行分類，有共箱母線、共箱隔相母線、離相母線、分段絕緣離相母線、全連式離相母線等。尤其是在主變壓器進(jìn)線端和發(fā)電機(jī)主出現(xiàn)端普遍運(yùn)用，實現(xiàn)主回路與高壓廠分支、勵磁分支和PT分支等一次回路傳輸電能。

1.2 封閉母線的選型

如表1所示根據(jù)《水力發(fā)電廠機(jī)電設(shè)計規(guī)范》要求機(jī)組容量為100MW以上則應(yīng)采用全連式離相封閉母線。使用全連式離相封閉母線可以消除母線附近鋼構(gòu)（包括混凝土中的鋼筋），由于磁感發(fā)熱情況的產(chǎn)生，不但減輕了導(dǎo)體和絕緣子的機(jī)械載荷，還極大程度的減小了母線間的電動力，避免了相間故障發(fā)生，即便是絕緣子對地閃絡(luò)，也不會造成變壓器與發(fā)電機(jī)主回路上相間短路。

2 封閉母線結(jié)構(gòu)與布置特點(diǎn)

2.1 布置特點(diǎn)

各機(jī)器設(shè)備封閉母線均采用銅編織線軟連接從發(fā)電機(jī)主出線引出，在+199.70層主機(jī)房內(nèi)T接PT柜，穿墻進(jìn)入發(fā)電機(jī)電壓配電裝置室中，接電制動短路開關(guān)，在上行進(jìn)入+205.10層發(fā)電機(jī)出口斷路器室與發(fā)電機(jī)出口斷路器（GCB）連接;經(jīng)CCB后與主變壓器低壓側(cè)連接;在GCB發(fā)電機(jī)側(cè)支接勵磁分支到勵磁變高壓側(cè);在GCB的主變側(cè)支接廠用分支，連接位于+199.70層發(fā)電機(jī)電壓配電裝置室中的高壓廠用變壓器和電壓互感器避雷器柜。詳細(xì)布置走向見“圖1豐滿水電站全面治理（重建）工程離相母線斷面布置圖”。

2.2 封閉母線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.2.1 發(fā)電機(jī)主出線基坑開孔電磁屏蔽

在進(jìn)行豐滿水電站全面治理（重建）工程的離相封閉母線設(shè)計時為防止發(fā)電機(jī)主出線部位鋼構(gòu)件及基坑混凝土內(nèi)鋼筋發(fā)熱，特別設(shè)計了發(fā)電機(jī)基坑主出線附近的磁屏蔽板。根據(jù)電磁場理論，產(chǎn)生發(fā)熱的主要原因是帶電母線漏磁在臨近鋼構(gòu)件上產(chǎn)生渦流，使得鋼構(gòu)件的熱損耗功率增加，母線電流越大，溫升就越高;構(gòu)件距母線漏磁點(diǎn)的距離越近，溫升就越高，即通過鋼構(gòu)件的交變磁通量越大、鋼構(gòu)件離母線漏磁點(diǎn)的距離越近發(fā)熱就越嚴(yán)重。本工程發(fā)電機(jī)主出線與離相母線的連接部位，暴露于基坑中，相當(dāng)于一節(jié)敞露母線。發(fā)電機(jī)主出線和離相母線接口的鋼構(gòu)件和附近基坑壁混凝土內(nèi)的鋼筋均暴露于該處的電磁場中。屏蔽原理：由于電磁場在導(dǎo)電介質(zhì)中傳播時會衰減，故可以采用一定厚度的金屬材料屏蔽母線產(chǎn)生的電磁場，防止電磁場作用在混凝土中的鋼筋上，以達(dá)到磁屏蔽保護(hù)的作用。屏蔽方法：在混凝土上一定范圍內(nèi)敷設(shè)一定厚度的金屬材料。在本工程中采用非導(dǎo)磁的高導(dǎo)電率的材料——鋁板。屏蔽結(jié)構(gòu)的型式：相對于其他屏蔽結(jié)構(gòu)而言（如柵格式結(jié)構(gòu)），板式結(jié)構(gòu)具有加工、安裝方便，且屏蔽效果更好。經(jīng)嚴(yán)格的損耗和溫升計算及仿真建模驗證.最終確定本工程的發(fā)電機(jī)主出線基坑墻孔磁屏蔽采用10mm的鋁板，用不銹鋼膨脹螺栓固定在基坑壁上，其主要目標(biāo)是為了避免因鋁板接觸不良問題引起的發(fā)熱問題，屏蔽鋁板間對接滿焊連接固定，詳見圖2發(fā)電機(jī)主出線基坑墻孔磁屏蔽。

2.2.2 選擇C245-Ⅱ型空氣循環(huán)干燥裝置作為母線的防凝露裝置

豐滿水電站為滿足系統(tǒng)調(diào)度要求，故將系統(tǒng)調(diào)頻、備用以及調(diào)峰等任務(wù)啟動時間設(shè)置在停機(jī)一段時間后迅速啟動，主要是為了避免機(jī)組啟停頻繁操作現(xiàn)象的發(fā)生。本工程作為水電項目，環(huán)境中水氣比較豐沛，潮濕，母線大部分布置在地下廠房中，機(jī)組停運(yùn)后，可能發(fā)生母線內(nèi)凝露，降低母線絕緣，影響運(yùn)行安全。豐滿水電站是東北電網(wǎng)中的骨干電站，水電站的安全可靠性運(yùn)行在系統(tǒng)中占據(jù)重要位置，尤其是封閉母線主回路設(shè)備和防凝露裝置。在工程應(yīng)用中適用于離相封閉母線的防凝露裝置有電加熱裝置、熱風(fēng)保養(yǎng)裝置、微正壓裝置和空氣循環(huán)干燥裝置等。其中，電加熱裝置是對絕緣子直接加熱除濕，因絕緣子封閉于母線外殼中，此種方法并不能將水氣驅(qū)除出母線，蒸發(fā)的水蒸氣依然在母線內(nèi)，故不常用;熱風(fēng)保養(yǎng)裝置是在母線停運(yùn)再啟動前對母線內(nèi)用熱風(fēng)干燥保養(yǎng)以提高母線絕緣性能，因其不能在母線運(yùn)行時使用，可作為母線的一種輔助防凝露裝置;該裝置對母線密封性要求極高，尤其是在母線一段時間運(yùn)行后造成的密封件老化和檢修原因，導(dǎo)致微正壓無法母線內(nèi)部建立。在工程實踐中，在運(yùn)行一段時間后，使用微正壓的廠家普遍反映，該裝置的效果不理想?？諝庋h(huán)干燥裝置作為一種升級換代產(chǎn)品，綜合了微正壓裝置和熱風(fēng)保養(yǎng)裝置的有點(diǎn)，以母線內(nèi)相對濕度為控制指標(biāo)，主動去除母線內(nèi)部的潮氣，徹底解決了母線的凝露問題。豐滿水電站全面治理（重建）工程離相封閉母線最終選用專利產(chǎn)品G245-Ⅱ型封閉母線空氣循環(huán)干燥裝置，作為母線的防凝露裝置。裝置的控制柜布置在GCB室，在A2，C2段進(jìn)氣，B2段回氣，在遠(yuǎn)端（備連接端）設(shè)設(shè)置三相連通管，形成閉合循環(huán)回路;濕度監(jiān)測探頭裝設(shè)在回氣口附近，通過相對濕度的測量值來控制裝置的啟停。

2.2.3 合理的母線分段

豐滿水電站全面治理（重建）工程，采用地下廠房，空間布置比較緊湊，所以在母線布置走向方面需對運(yùn)輸要求和現(xiàn)場安裝重點(diǎn)考慮，尤其是離相母線，避免因為分段不能太長、太短或太過零碎等問題使現(xiàn)場安裝焊接工人工作量加重。因此，主回路離相母線根據(jù)廠房結(jié)構(gòu)及布局走向被分成了每相8個制造段;勵磁分支、廠用分支和PT/LA分支另行單獨(dú)分段。

3 結(jié)語

豐滿水電全面治理工程（重建）中離相封閉母線設(shè)計，在選料方面一定要嚴(yán)格把關(guān)，其設(shè)計要求必須滿足水電站安全可靠性運(yùn)行和相關(guān)規(guī)范要求，避免出現(xiàn)因布置空間狹小使封閉母線布置路徑復(fù)雜化。選型設(shè)計的離相母線具有可靠性高，系統(tǒng)簡單便于安裝維護(hù)，可靠性高的特點(diǎn)。母線整體布置簡潔緊湊，布局合理美觀大方。充分考慮了發(fā)電機(jī)主出線與離相母線接口附近基坑的電磁屏蔽問題，采用鋁板對基坑發(fā)電機(jī)主出線孔附近進(jìn)行了合理的電磁屏蔽，防止了發(fā)電機(jī)主出線附近基坑壁混凝土中鋼筋的發(fā)熱損耗。選用G245-Ⅱ型封閉母線空氣循環(huán)干燥裝置作為封閉母線的防凝露裝置，徹底解決了水電項目母線內(nèi)易凝露，母線絕緣隨凝露降低的問題，提高了電站安全運(yùn)行的可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]郝鵬超，封閉母線防水性能研討[J].智能建筑電氣技術(shù)，2019，13（03）：90-93.

[2]歐異瑋，離相封閉母線微正壓裝置改進(jìn)分析[J].中國設(shè)備工程，2019（04）：69-70.

[3]許震，陸剛.發(fā)電廠離相封閉相母線防結(jié)露裝置的新應(yīng)用[J].電力與能源，2018，3（05）：677-678+713.

[4]袁峰，一種快速提升共箱封閉母線絕緣的循環(huán)熱保養(yǎng)技術(shù)[J].電氣時代，2018（06）：50-51.

[5]蔣宜杰，王賀，水電站離相封閉母線支撐絕緣子放電故障分析及處理[J].四川水力發(fā)電，2017，36（06）：107-109.

[6]呂偉，段宏全，于躍，等.發(fā)電機(jī)封閉母線防結(jié)露技術(shù)研究[J].化學(xué)工程與裝備，2017（05）：178-179.

[7]王洪見，馮超，秦傳儉，等.封閉母線現(xiàn)場交流耐壓試驗問題分析[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2016（12）：111-112.

[8]丁浩，共箱封閉母線絕緣性能分析與探討[J].民營科技，2016（10）：55.

[9]趙志清，楊國慶，水電廠封閉母線電流互感器故障處理及分析[J].云南水力發(fā)電，2016，32（02）：127-129.

[10]豆占良，張立功，宋柏陽.電廠封閉母線絕緣下降的原因分析與處理措施[J].電力科學(xué)與工程，2016，32（02）：37-42.