劉家峽排沙洞擴機工程母線溫升問題分析及處理

(中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧 沈陽 110179)

1 概 述

劉家峽洮河口排沙洞及擴機工程位于劉家峽水電站左岸，為保持排沙洞進口“門前清”，確保排沙洞安全運行，擬結合排沙洞擴機發電。擴機電站裝機2臺單機容量為150MW的混流式水輪機，總裝機容量300MW，工程屬Ⅱ等大(2)型工程，電站以兩回110kV電壓等級接入電力系統。發電機主引出線經發電機出口斷路器至主變壓器低壓側，發電機中性點引出線至中性點設備均采用FM(427)-24/8000-Z型全連式三相離相封閉母線連接，主母線共分12段，外殼直徑800mm，導體直徑300mm，發電機電壓母線至勵磁變、廠高變、電壓互感器柜、電壓互感器及避雷器柜均采用FM(427)-24/630-Z分支母線連接，分支母線共分3段，外殼直徑600mm，導體直徑100mm。

2 母線外殼燒紅處理方案

2.1 問題的出現

機組升流及短路特性試驗是通過對發電機、母線等一次設備升流，檢查發電機主回路CT二次接線的正確性，檢查相關保護、測量、錄波、勵磁、調速器和機組LCU電流回路的正確性，檢查發電機保護裝置動作的準確性，衡量機組正常運行的重要指標。

劉家峽擴機工程在2017年12月4日8號機組進行的短路升流試驗中，110kV出線側短路點K3點(110kV出線側)已可靠接地，并采取切實措施確保升流過程中回路不致開路。投入發電機繼電保護、水力機械保護裝置和主變壓器冷卻器及其控制信號回路。一切就緒后開始進行升流，在對一次電壓回路巡檢過程中，發現主變低壓側母線支撐件與抱箍連接處出現燒紅現象(見圖1)，發電機中性點、發電機出口封閉母線等其余部位抱瓦短時間溫升超過《金屬封閉母線》(GB/T 8349—2000)中金屬封閉母線各部位的允許溫度和溫升的相關值，試驗被迫停止。試驗中各部位溫度異常見表1。

表1 試驗中各部位溫度異常統計

注金屬封閉母線用螺栓緊固的導體或外殼的接觸面不應用不同的金屬或金屬鍍層構成。

2.2 問題部位統計及熱像儀成像狀況

試驗結束后，對溫度異常部位進行了統計，發熱燒紅較明顯部位共有兩處：分別為主變低壓側母線支吊架處、發電機中性點短路板處，其余母線支吊架橫擔部位存在超溫現象。為了利于分析原因，下面主要以主變低壓側抱箍燒紅部位熱像儀照片進行說明，具體見圖1。

圖1 主變低壓側抱箍燒紅部位熱像儀照片

2.3 發熱的原因分析

經現場查看，母線外殼抱瓦利用螺栓將半圓形抱箍連接在一起，因為連接螺栓為鍍鋅螺栓，使得抱箍類似于一個互感器，從而使得抱箍產生感應電流。根據電磁學相關理論，運行中的母線交流電流在其周圍空間內產生呈正弦規律變化的磁場，該磁場在母線外殼上產生感應電勢，該感應電流的大小與所產生的磁場能抵消母線上的交流電流所產生磁場，即感應電流與發電機負荷電流相等。對于母線外殼及局部地區支撐構件而言，該部位發熱量與其電阻大小、流過此處的電流成正比。

結合以上問題得出下列幾點是造成外殼抱箍處溫度增高的直接原因：

a.主變低壓側發生燒紅現象的原因是主變低壓側圖紙中無外殼短路板。

b.封閉母線所有支撐結構件未可靠接地(接地緊靠兩個吊桿與前期預埋的基礎板連接，未與主接地網可靠連接)。

c.封閉母線外殼抱箍采用環形構件以落實連接，形成一個閉合回路，且抱箍與支撐槽鋼連接處為銷軸連接，電阻大，通過電流時產生發熱高于其他地方。

d.母線溫度測量裝置布局不合理，測點少等因素也是造成未能第一時間發現燒紅的原因。

3 初步處理方案

升流過程中在母線外殼產生感應電流，以反抗磁通的變化，這種電流以磁通的軸線為中心呈渦旋形態，故稱渦流。

隨著電流的上升，磁場變化加快，電動勢越大，渦流越強，結合電流的熱效應渦流能使導體發熱。經過現場檢查及查閱圖紙得知：?利用鍍鋅扁鋼將封閉母線所有支撐結構件連接起來，并在不同的兩點與主接地網連接；?主變低壓側母線外殼未安裝短路板，加裝短路板；?對母線外殼及所有結構件連接螺栓進行緊固。上述所有工作完成后，再次進行溫升試驗，所有部位溫度達到穩定值并滿足規范要求。

4 現場處理及試驗分析

針對兩處燒紅較嚴重部位以及支吊架橫擔普遍存在的超溫現象，結合前文所提出的初步處理方案，對各部位采用排除法進行處理。

4.1 主變低壓側問題處理

在主變低壓側相應位置增加短路板。主變低壓側母線外殼短路板焊接示意見圖2。

觀察組患者提供圍手術期優質護理血糖指標顯著低于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05），血糖控制較好。見表2。

GB/T 8349—2000中6.5.2規定：“全連式離相封閉母線的外殼可采用一點或多點通過短路板接地。一點接地時，必須在其中某一處短路板上設置一個可靠的接地點；多點接地時，可在每處但至少在其中一處短路板上設置一個可靠的接地點。”本項目采用兩點接地扁鋼與主接地網可靠連接后，三相之間外殼及抱箍上的感應電流不再經過抱箍流經支撐鋼構件，產生的感應電流最終經接地扁鋼相互抵消流入大地，之前燒紅部位不再有電流通過，所以溫度不再上升。

再次試驗時發現增加短路板位置溫度仍高于其他部位(主變低壓側增加短路板后熱像儀照片見圖3)，經檢查后發現焊接部位局部存在虛焊現象，依據GB/T 8349—2000中7.10.3所述“焊縫不允許有裂紋、燒穿、焊坑、焊瘤等，未焊透長度不得超過焊縫長度的10%，深度不超過被焊金屬厚度的5%”，最終造成這兩處三相母線外殼所產生的電流無法抵消，電流經過母線外殼抱箍連接處匯集于支撐槽鋼構件上，形成的局部回路電流無法正常抵消，導致燒紅現象的產生。

經過對局部焊縫進行補焊，對接地扁鋼連接部位進行拋光打磨處理，使螺栓把合面的氧化層和漆層完全去除，然后再將螺栓緊固好。

圖2 主變低壓側母線外殼短路板焊接示意圖

圖3 主變低壓側增加短路板后熱像儀照片

4.2 發電機中性點問題處理

針對發電機中性點部位溫升過高問題，現場停機后安排人員利用升降機對發電機中性點共箱母線及出口母線進行了檢查，結合圖紙發現此處短路板安裝位置與圖紙不一致。經過業主與廠家現場確認后，明確安裝位置錯誤，因短路板位置與風洞封堵板位置接近，安裝人員在對廠家圖紙與設計圖紙沒有仔細審核吃透的情況下，誤將短路板當作封堵板安裝在風洞口，導致最新的三項之間渦流無法抵消而出現燒紅，隨后對錯誤的短路板進行了拆除并安裝至設計相應位置，安裝焊接完成后進行試驗，溫度達到正常。

4.3 支吊架普遍問題處理

依據GB/T 8349—2000中7.11.2所述“外殼支持鋼構件均應涂漆或熱浸鋅處理”，在重新緊固所有支撐構件把合螺栓時將其他材質的螺栓全部更換為鍍鋅螺栓，并利用扁鋼將所有支撐構件全部連接起來(見圖4)，所有問題處理完，后續試驗中溫度達到標準值。

圖4 母線支撐構件增加接地扁鋼示意圖

上述幾種因素均排除后再次進行試驗，并結合廠家技術將各部位實時監控起來，使得現地溫度可以溫升及各類數據均達到規范要求，部分溫度回落大于處理前期望值。證明相關處理正確，滿足機組安全運行標準。

5 詳細處理方法

5.1 第一次處理過程及方案

a.發電機中性點安裝位置不合適的短路板進行拆除,重新處理后進行焊接并按照《母線焊接技術規程》(DL/T 754—2013)中相關條款進行。

c.將所有母線支持鋼構件利用接地扁鋼可靠連接，并在不同兩點與主接地網進行連接。

d.所有構件螺栓全部進行緊度，并按照廠家要求進行力矩檢測。

e.所有問題處理完后，現場恢復至轉機條件后再次進行試驗，發現主變低壓側短路板處溫度在65～80℃之間，不符合規范要求。

5.2 第二次處理及試驗過程

a.經過分析，發現短路板鋁板平面不平，與接地扁鋼搭接面存在虛接情況，局部焊接部位因空間問題焊接不符合要求。

b.對接地扁鋼與短路板接合面進行校直處理，打磨掉表面氧化層；焊接部位不合適的刨開重新進行焊接，并注意焊縫滿足技術規范相關條款要求。

c.經過第二次處理后，溫升試驗中所有部位溫度均符合規范要求，對比見表2。

表2 第二次處理后溫度對比(環境溫度為-5℃)

6 結 論

本文對離相封閉母線在機組溫升試驗中出現的異常情況作了簡要分析，通過排除法對產生局部溫升的部位進行了處理，暴露出施工過程中經驗不足與管理松懈。

經過總結得出以下結論：

a.在廠家設計圖紙不全的情況下，未對到貨設備進行仔細核對，現場質量管控未落實到位。

b.設計接地網未與支撐性鋼構件可靠連接，對設計圖紙存在審核不到位情況。

c.試驗前對電氣設備的檢查不到位。

d.利用后來建成的溫度遙測網絡將各部位溫度實時進行比對，并建立異常數據預警機制。

本文案例反映出現階段施工過程中技術力量薄弱、現場質量管控不到位等普遍現象。希望在今后的工程施工過程中嚴格執行質量管控措施，及時對不確定問題進行協調，加強施工一線人員質量意識。