大型發電機出口封閉母線法蘭過熱處理

鄒 科

(龍灘水電開發有限公司龍灘水力發電廠,廣西天峨547300)

大型發電機出口封閉母線法蘭過熱處理

鄒 科

(龍灘水電開發有限公司龍灘水力發電廠,廣西天峨547300)

由于額定電流大,大型發電機出口封閉母線法蘭過熱時有發生。分析了龍灘水電站發電機出口封閉母線法蘭電流來源與流向,通過改變電流流向、增加導流面積、減小回路電阻等多種手段,較好地解決了龍灘水電站發電機出口封閉母線法蘭過熱的問題。

發電機；封閉母線；法蘭；溫度；龍灘水力發電廠

0 引 言

龍灘水電站700 MW發電機額定電壓18 kV、額定電流24 948 A。2007年5月1日, 1號發電機并網帶500 MW負荷時，發現發電機出口封母法蘭連接螺栓全部燒紅,緊急停機進行處理。在出口法蘭連接螺栓加裝銅辮子,每臺機加裝約60根,電流經過軟連接進行分流。但在后來的機組運行過程中,7臺機組的發電機出口封閉母線外殼法蘭連接處依然明顯過熱。發電機出口A、B、C相法蘭溫度見表1。

由于法蘭螺栓處在機組高負荷期溫度高,停機后溫度降低,周而復始使法蘭螺栓逐漸松動。法蘭螺栓的運行溫度嚴重時多處高達200 ℃。2010年,根據生產廠家意見對銅辮子進行鍍銀處理,效果有所改善,但運行一段時間后過熱問題又重復出現。每年在大負荷期和機組小修期間都要對該處全部機組的銅辮子螺栓進行緊固處理,但運行一段時間后,法蘭處溫度又會逐步升高。長期過熱明顯碳化的法蘭兩邊跨接的銅辮子見圖1。

圖1 碳化的銅辮子

1 封閉母線法蘭過熱電流分析

1.1 改造前封母法蘭

封母外殼及法蘭材質為1060純鋁,封母額定電流249 48A(設計額定電流27 000 A),封母外徑1 510

表1 發電機出口A、B、C相法蘭或跨接銅辮子溫度

mm,壁厚12 mm,法蘭外徑1 610 mm,厚15 mm。在Φ1 560法蘭圓周上均布 31顆Φ14螺孔,用31顆M12/A4-70螺栓將外徑均為1 610 mm的盆式絕緣子、法蘭固定,每顆螺栓兩端固定有跨接在法蘭兩端的31根銅辮子。由于玻璃鋼盆式絕緣子的存在,此處螺栓預緊力不能超過50 N·m,以防止壓力過大損壞盆式絕緣子。封母外殼密封罩長600 mm,封母外殼相間短路體距離法蘭150 mm。改造前封母法蘭見圖2。

圖2 改造前封母法蘭

1.2 法蘭處電流分析

發動機與變壓器A、B、C各相導體的電流流動在封閉母線上產生的電勢,在封閉母線外殼各段的相間短路體進行釋放,封閉母線各段的接地線釋放容性電流[1]。由于封閉母線外殼的存在,容性電流相對于封閉母線外殼感應電流小得多。因此,著重討論封閉母線外殼相間電流,并進行針對性處理。

圖3是發電機封母法蘭處電流示意。正常情況,密封罩段的電流路徑為回路a,電流流經密封罩相間短路板M→A相密封罩→密封罩相間短路板N→B相密封罩的回路；法蘭到封母外殼相間短路體段電流路徑為回路b,電流經密封罩相間短路板N→A相法蘭→封母外殼A相→A、B相封母外殼相間短路體→封母外殼B相→B相法蘭的回路。因此,通過法蘭的電流為法蘭到封母外殼相間短路體段電流[2]。

圖3 發電機封母法蘭處電流示意

在實際運行中,如果密封罩相間短路板N的20塊短路板接觸不夠好,有部分電流將走回路c,即密封罩相間短路板M→A相密封罩→A相法蘭→封母外殼A相→A、B相封母外殼相間短路體→封母外殼B相→B相法蘭→B相密封罩的回路。法蘭到封母外殼相間短路體距離為150 mm,到密封罩相間短路板M距離為600 mm,該段的感應電壓是法蘭到封母外殼相間短路體段的4倍,故c回路的電流危害可能會更大。法蘭本身厚度(15+15+8)mm也有感應電流,并通過法蘭自身。

2 法蘭結構改造

法蘭結構改造的關鍵是增加導流面積,徹底取消原設計法蘭兩端跨界的銅辮子,通過法蘭本體導流,增加了300%的導流面積。同時,保證盤式絕緣子與封閉母線的密閉性。改造的法蘭結構見圖4。

圖4 改造的法蘭結構(單位：mm)

2.1 增加導流面積

(1)加工原盆式絕緣子。將原外徑1 610 mm切削加工減小到1 530 mm。

(2)加工制作法蘭1。外徑1 630 mm,內徑1 486 mm(即封母外殼內徑),厚15 mm,4瓣,1060純鋁板,現場對照法蘭配鉆Φ14孔。

(3)加工制作法蘭2。外徑1 630 mm,內徑1 530 mm(即等于新的盆式絕緣子外徑),厚15 mm,4瓣,1060純鋁板,現場對照法蘭配鉆Φ14孔。

(3)加工制作橡膠密封墊。外徑1 530 mm,內徑1 486 mm,厚9 mm,可壓縮量不小于30%,接頭處采用雙30°搭接,保證接頭處不漏氣。

(4)盆式絕緣子外徑由1 610 mm減小到1 530 mm,加工時需特別小心。盆式絕緣子為玻璃鋼制成,材質韌性較差,在切削加工中容易造成盆式絕緣子報廢。同時,為最大限度增加法蘭的導流面積,又能保證封閉母線的密封性, 加工后的Φ1530盆式絕緣子與法蘭的密封搭接量單邊設計為22 mm,搭接量很小,對盆式絕緣子切削加工的中心精度要求很高。此外,盆式絕緣子為玻璃鋼產品,設計厚度為8 mm,但實際有的地方厚為9 mm,有的為8 mm,精度較差。選取厚9 mm的橡膠密封墊,壓縮量不小于30%,保證盆式絕緣子與密封墊裝配到15 mm法蘭空間后的緊密性,保證封閉母線的密封性能。

2.2 改變電流流向

增加法蘭內側相間1060純鋁短路板,從上到下共10塊,短路板厚10 mm,寬140 mm,相間長度根據現場實際加工。改變原電流b回路,讓法蘭至封母外殼相間短路體段的電流不流過法蘭,電流經由法蘭內側相間短路板→A封母外殼→封母外殼相間短路體→B封母外殼形成回路(見圖5)。

圖5 改變的電流流向

2.3 減小回路電阻

原每相法蘭的31顆M12/A4-70螺栓為固定法蘭與盆式絕緣子用,無法達到廠家導體單位面積壓力10 N/mm2的要求。利用原Φ14孔徑,改螺栓為M14/A4- 80非導磁螺栓,法蘭預緊力由50 N·m增加到130 N·m,保證加裝短路板回路電阻最低，盡量使b回路電流通過短路板形成回路,最大限度減少流經法蘭的電流。同時,降低法蘭回路電阻,減少法蘭發熱。密封罩短路板M12/A4-70螺栓改為M12/A4- 80非導磁螺栓,預緊力由50 N·m增加到78 N·m,保證密封罩段電流按a回路流動,最大限度減少c回路電流,即流過法蘭的電流。為防止螺栓力矩增加到130 N·m后1060純鋁法蘭的變形,加工厚5 mm、弧長100 mm的非導磁A4- 80墊片(見圖6)。

圖6 非導磁A4- 80墊片

3 現場安裝

由于原封母法蘭與封母外殼通過焊接連接,焊縫寬度誤差較大,有些部位影響到墊片壓緊。應對焊疤清理打磨,避免出現點接觸；現場安裝結合面之間不能出現傾斜及線接觸；安裝螺栓時,每根要涂螺栓鎖固劑,防止溫度變化時螺栓松動；現場擴孔時,加強對切削金屬屑的搜集管理,防止污染導電

表2 發電機出口A、B、C相法蘭溫度

部分；對發電機定子引線出口處做好防護措施,以免損壞設備；力矩扳手要先熟悉再使用,避免力矩不準確,損壞螺栓或降低處理效果。

3.1 導體中心位置調整

切削加工變小后的盆式絕緣子與法蘭搭接量單邊只有22 mm。封母導體中心偏移,將直接影響盆式絕緣子的安裝,并影響封母額定密封性。調整封母導體支撐絕緣子，使導體到中心位置,測量盆式絕緣子與法蘭搭接處數據,保證封閉母線導體在中心位置[3]。

3.2 法蘭處理、安裝

清理接觸導流面至平整、光亮[4]。加工制作的橡膠密封墊用普通膠水固定在盆式絕緣子上,盆式絕緣子復位,調整盆式絕緣子與封母導體密封膠圈到位,并保證盆式絕緣子與法蘭四周22 mm的搭接量。用原M12螺栓在1、3、5、7……單數螺孔將4層法蘭重疊就位,盆式絕緣子、密封墊就位。用14 mm 鉸刀對偶數孔進行對位擴孔,將M14螺栓順利放入。

把加工好的不銹鋼平墊一邊一塊壓住導體,用M14螺栓回裝,預緊力60 N·m。不銹鋼平墊與法蘭中間不得有焊疤高點,如有需打磨平整。偶數孔完成后,進行奇數孔擴孔。把加工好的不銹鋼平墊一邊一塊壓住導體,用M14螺栓回裝,預緊力60 N·m。安裝短路板法蘭孔位用110 mm長M14螺栓,短路板與法蘭保證為平面接觸。每相螺栓全部更換、回裝完成后,全部法蘭螺栓預緊力增加到130 N·m,點螺栓鎖固劑。

3.3 密封罩短路板處理、安裝

清理密封罩短路板導流面至平整、光亮。將M12/A4-70螺栓更換為M12/A4- 80非導磁螺栓,預緊力由50 N·m增加到78 N·m,點螺栓鎖固劑。對GCB側原法蘭與加工法蘭2進行全圓周焊接,對發電機側原法蘭與加工法蘭1進行全圓周焊接。焊接時控制溫度,防止高溫損傷盆式絕緣子的密封墊[5]。回裝封母導體32根軟連接,力矩96 N·m。

4 檢查驗收與改造成果

封閉母線加壓至1 500 Pa,用煙霧法檢查法蘭處以及盆式絕緣子與封母導體處密封是否良好[6]。在機組滿負荷狀態下,對發電機出口封母法蘭測溫跟蹤,法蘭各處溫度基本在50 ℃左右、溫升5 K左右,大大低于廠家“用螺栓緊固的導體接觸面最高允許溫度小于105 ℃、最高溫升限值65 K”的要求,達到預期效果。發電機出口A、B、C相法蘭溫度見表2。

5 結 語

龍灘水電站全部7臺機改造工作持續了2個檢修年度,將安裝短路板法蘭孔位M12螺栓改為M14螺栓,法蘭螺栓預緊力由原60 N·m增加到130 N·m。通過改變電流流向、增加導流面積、減小回路電阻,多重并舉,徹底解決了龍灘水電站發電機出口封母法蘭過熱的問題。實施過程中,接觸面的處理、力矩到位、鎖固劑點涂、切削金屬屑的管理、焊接溫度控制、密封性兼顧等各個環節的把控是保證改造成功的關鍵。

[1]GB/T 8349—2000 金屬封閉母線[S]．

[2]劉咸定, 陳鐘頎. 風冷離相封閉母線熱計算[J]. 水力發電, 1981(10)： 17- 21．

[3]李澤海. 廣蓄電站18kV離相封閉母線安裝[J]. 水力發電, 1993(7)： 32- 35．

[4]殷勇. 大電流離相封閉母線的絕緣配合[J]. 高電壓技術, 1984(1)： 76- 78．

[5]齊宏偉. 大電流全連離相封閉母線的結構設計與分析[D]. 沈陽： 沈陽工業大學, 2002．

[6]曹樂觀. 烏江渡水電站主要機電設備及其布置特點[J]. 水力發電, 1983(3)： 58- 62．

(責任編輯 楊 健)

Treatment of Flange Overheating of Large Generator’s Enclosed Busbar

ZOU Ke

(Longtan Hydropower Plant, Longtan Hydropower Development Co., Ltd., Tian’e 547300, Guangxi, China)

Due to larger rated current of large generator, the flange of outlet enclosed busbar regularly appears overheating. The source and flow direction of electric current on enclosed busbar flange of generator in Longtan Hydropower Plant are analyzed, and the overheating problem of flange is better solved by changing the flow direction of electric current, increasing the cross-sectional area of current flow and reducing loop resistance．

generator; enclosed busbar; flange; temperature; Longtan Hydropower Plant

2017- 02- 14

鄒科(1963—),男,四川大竹人,高級工程師,主要從事水電廠運行管理工作．

TM311(267)

A

0559- 9342(2017)04- 0031- 04