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號機組發電機離相封閉母線（IPB）由鎮江華東電力設備制造廠生產，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冷，離相封閉母線主回路及發電機連接處均采用風冷，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，發電機連接處采用開式冷卻系統，主回路采用閉式循環冷卻系統。

離相封閉母線的主要功能是將汽輪發電機的輸出功率通過它與主變低壓側相連，同時也使功率經過高壓廠變A和高壓廠變B到6．6kV母線，以及發電機出口電壓互感器、主變低壓側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電機離相封閉母線外殼內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入母線內部。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空氣的干燥和潔凈，運行溫度和環境溫度的大幅變化不容易使母線內壁和絕緣子出現凝露現象，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、潮氣進入外殼內部，臟污導體及絕緣子，降低母線的絕緣水平引發閃絡，在封閉母線系統還裝設了一套空氣循環干燥裝置。

因封閉母線的導體封閉在外殼之內，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生率，特別是相間短路的發生率，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]。在國內因封閉母線氣密性不良引起的事故已發生多起，福清核電1號機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，空氣泄漏率遠遠低于標準要求。

1 離相封閉母線強迫風冷系統（IPB-FAC）構造

離相封閉母線主回路采用閉式強迫風冷，構造如圖1所示，含有5個模塊：2個進風模塊、2個回風模塊、1個熱交換器模塊。2個進風模塊分別含兩套風機和電機；2個回風模塊分別含兩個電動單相風門；1個熱交換器模塊含2套空氣-水熱交換冷卻器，其中1-風門（開啟），2-風門（關閉），3-手動球閥（水），4-熱交換器，5-出口風道W，6-進口風道V，7-出口風道U，8-電動球閥（水），9-手動蝶閥，MV1/2/3/4：風機，FS1/2：流量開關，K2/3：漏水開關，B4/5：水溫測點，B6：空氣濕度測點，B7/8：氣溫測點。

圖 強迫風冷系統構造Fig.1 Structure of lPB-FAC

IPB-FAC系統流程如圖2所示，經過空氣-水熱交換器冷卻后的空氣從A、C相進入外殼內部，經發電機側母線端部及主變三角回路處設置的相間消離子連通管匯入B相外殼，受熱后的空氣由B相進入空氣-水熱交換器冷卻后再返回A、C相，其中1-母線進口風道W（裝置本體出口風道W），2-母線出口風道V（裝置本體進口風道V），3-母線進口風道U（裝置本體出口風道U），4-母線隔斷（盤式絕緣子），5-相間消離子裝置，6-相間調節風門，7-安全閥門，8-微正壓裝置進氣口，PA1/PA2/PA3-流量開關，B1/B2/B3/B9-氣溫測點，011/012/013MT-發電側母線外殼溫度測點，014/015/016MT-主變側母線外殼溫度測點。

圖2 強迫風冷系統流程圖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 氣密性不良現象

根據標準[1]要求，微正壓充氣離相封閉母線的外殼內充以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，因此根據理想氣體狀態方程，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，M為空氣摩爾質量。P0為大氣壓，則：

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

2.2 氣密性不良產生的原因分析

2.2.1 結構原因

在發電機出線側、電壓互感器連接處、主變低壓側接地變連接處母線端部，設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、密封膠脫膠均會導致盤式絕緣子處漏氣[2]?，F場檢查中發現，在絕緣子與母線外殼的間隙處確實出現了較為明顯的漏氣。

封閉母線風機室的電動風門依靠電動機構驅動，如圖4所示。電動機構與風門齒輪連桿處設有“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，尤其在連桿驅動風門期間，漏氣嚴重。

圖4 電動風門驅動機構處漏氣Fig.4 Leakage of Electric Damper Driving Mechanism

2.2.2 安裝原因

封閉母線導體通過絕緣子支持于外殼內部，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體中心。各段離相封閉母線就位后，為滿足母線導體焊接的誤差要求及母線導體與外殼的同軸度不超過±5mm的要求，需通過調整絕緣子的調高墊塊，以調整母線導體高度，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。調整完成母線導體高度后，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緊固，導致密封不嚴，漏氣嚴重。

封閉母線與強迫風冷裝置之間設有可拆氣路通道。氣路通道分為進風通道和回風通道，其中兩個進風通道分別和A、C相母線外殼上焊接的風道連接，1個回風通道則和B相母線外殼上焊接的通道相連?？刹饸饴凤L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冷裝置本體相連[3]。可拆氣路通道與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將其收緊于外殼上，再用玻璃密封膠對橡膠套邊緣部位進行密封處理，如圖6所示。由于遺漏玻璃密封膠密封處理的安裝工序，橡膠套邊緣出現漏氣現象。

2.2.3 焊接質量

封閉母線強迫風冷裝置的2個進風模塊、2個回風模塊、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）液態鋁可溶解大量氫氣，固態鋁幾乎不溶解氫，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）焊接環境潮濕等因素也會影響焊接處的密封性能。

經對焊縫進行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，出現明顯氣泡，漏氣明顯。

圖7 強迫風冷裝置焊縫處漏氣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，經與設備廠家商定，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、風門驅動機構噴涂肥皂水，檢查漏點并用記號筆進行標記。封閉母線泄壓后，對強迫風冷裝置模塊間焊縫進行PT滲透試驗，對氣孔進行標注定位。

（2）在強迫風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，確認將其收緊于外殼上，再用玻璃密封膠對橡膠套邊緣部位進行密封處理，靜置24小時，等待密封膠固化；

（4）緊固發電機與封閉母線連接處，電壓互感器、主變低壓側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）緊固母線導體支柱絕緣子底座螺栓。主變低壓側封閉母線△回路標高達10．75米，緊固導體支柱絕緣子底座螺栓需搭設腳手架。在不具備工期窗口情況下，為滿足施工要求，現場采用10米電動升降車代替；

（6）確認已標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，向封閉母線內充氣，再次進行氣密性試驗，并重復步驟（1）-（5），直到氣密性試驗合格。

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

經過反復查找、處理漏氣點，2014年3月31日，封閉母線氣密性合格，保壓時間達到11分10秒。

3 結語

由本次故障的原因分析和處理措施可知，封閉母線的制造質量、安裝質量和焊接質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生，因此，得出以下結論：

（1）加強設備制造過程和出廠試驗控制。封閉母線制造期間，需設置質量見證點，出廠試驗根據國家標準必須制定詳細的試驗質量計劃，業主人員見證試驗全過程；

（2）加強安裝期間的文件控制和質量控制。封閉母線安裝及試驗必須出具詳細的安裝方案，監理公司、業主公司對質量見證點進行嚴格控制。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）提高焊接質量。強迫風冷裝置模塊焊接必須由具備資質的氬弧焊焊工擔任，焊接前還應提取試品試焊，然后拍片檢查，合格后才能正式焊接。焊接前，技術人員應根據不同部位，施焊電流的大小，焊接環境的要求等做出詳細的技術要求，明確技術要點，難點和質量目標[2-3]。

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