豐滿水電站全面治理工程中離相封閉母線設計

王振羽 宋明鈺 薄巖 吳強 趙卓

摘要：根據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計中的主要技術問題，從選型、布置、結構及發電機主出線連接處磁屏蔽、防凝露裝置的選型設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措施。

關鍵詞：離相封閉母線;G245-Ⅱ空氣循環干燥裝置;豐滿水電站全面治理

中圖分類號：TV52

文獻標識碼：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其原水電站的任務和功能，新建位置則在原大壩下游120m處。電站將新建6臺單機20萬kW混流式水輪發電機組，保留原三期工程2臺14萬kW機組，總裝機容量達到148萬kW-h，屆時年均發電量達17.09億kW，以500kV電壓接人吉林電網。經全面治理的豐滿水電站仍是東北電網中的一座骨干電站，在供電、體統調頻、事故備用方面具有重要作用。豐滿水電站全面治理（重建）工程發電機出口電壓為15.75kV，設有6臺550kV變壓器，采用6組發電機一變壓器單元接線。

1 封閉母線的選型

1.1 封閉母線的相關定義

封閉母線是用外殼將導體連同絕緣等封閉起來的組合體，根據外殼的材質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封閉的原理、結構、冷卻方式和接地方式進行分類，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線端和發電機主出現端普遍運用，實現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《水力發電廠機電設計規范》要求機組容量為100MW以上則應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（包括混凝土中的鋼筋），由于磁感發熱情況的產生，不但減輕了導體和絕緣子的機械載荷，還極大程度的減小了母線間的電動力，避免了相間故障發生，即便是絕緣子對地閃絡，也不會造成變壓器與發電機主回路上相間短路。

2 封閉母線結構與布置特點

2.1 布置特點

各機器設備封閉母線均采用銅編織線軟連接從發電機主出線引出，在+199.70層主機房內T接PT柜，穿墻進入發電機電壓配電裝置室中，接電制動短路開關，在上行進入+205.10層發電機出口斷路器室與發電機出口斷路器（GCB）連接;經CCB后與主變壓器低壓側連接;在GCB發電機側支接勵磁分支到勵磁變高壓側;在GCB的主變側支接廠用分支，連接位于+199.70層發電機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 封閉母線的結構特點

2.2.1 發電機主出線基坑開孔電磁屏蔽

在進行豐滿水電站全面治理（重建）工程的離相封閉母線設計時為防止發電機主出線部位鋼構件及基坑混凝土內鋼筋發熱，特別設計了發電機基坑主出線附近的磁屏蔽板。根據電磁場理論，產生發熱的主要原因是帶電母線漏磁在臨近鋼構件上產生渦流，使得鋼構件的熱損耗功率增加，母線電流越大，溫升就越高;構件距母線漏磁點的距離越近，溫升就越高，即通過鋼構件的交變磁通量越大、鋼構件離母線漏磁點的距離越近發熱就越嚴重。本工程發電機主出線與離相母線的連接部位，暴露于基坑中，相當于一節敞露母線。發電機主出線和離相母線接口的鋼構件和附近基坑壁混凝土內的鋼筋均暴露于該處的電磁場中。屏蔽原理：由于電磁場在導電介質中傳播時會衰減，故可以采用一定厚度的金屬材料屏蔽母線產生的電磁場，防止電磁場作用在混凝土中的鋼筋上，以達到磁屏蔽保護的作用。屏蔽方法：在混凝土上一定范圍內敷設一定厚度的金屬材料。在本工程中采用非導磁的高導電率的材料——鋁板。屏蔽結構的型式：相對于其他屏蔽結構而言（如柵格式結構），板式結構具有加工、安裝方便，且屏蔽效果更好。經嚴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電機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，其主要目標是為了避免因鋁板接觸不良問題引起的發熱問題，屏蔽鋁板間對接滿焊連接固定，詳見圖2發電機主出線基坑墻孔磁屏蔽。

2.2.2 選擇C245-Ⅱ型空氣循環干燥裝置作為母線的防凝露裝置

豐滿水電站為滿足系統調度要求，故將系統調頻、備用以及調峰等任務啟動時間設置在停機一段時間后迅速啟動，主要是為了避免機組啟停頻繁操作現象的發生。本工程作為水電項目，環境中水氣比較豐沛，潮濕，母線大部分布置在地下廠房中，機組停運后，可能發生母線內凝露，降低母線絕緣，影響運行安全。豐滿水電站是東北電網中的骨干電站，水電站的安全可靠性運行在系統中占據重要位置，尤其是封閉母線主回路設備和防凝露裝置。在工程應用中適用于離相封閉母線的防凝露裝置有電加熱裝置、熱風保養裝置、微正壓裝置和空氣循環干燥裝置等。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除出母線，蒸發的水蒸氣依然在母線內，故不常用;熱風保養裝置是在母線停運再啟動前對母線內用熱風干燥保養以提高母線絕緣性能，因其不能在母線運行時使用，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行后造成的密封件老化和檢修原因，導致微正壓無法母線內部建立。在工程實踐中，在運行一段時間后，使用微正壓的廠家普遍反映，該裝置的效果不理想。空氣循環干燥裝置作為一種升級換代產品，綜合了微正壓裝置和熱風保養裝置的有點，以母線內相對濕度為控制指標，主動去除母線內部的潮氣，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品G245-Ⅱ型封閉母線空氣循環干燥裝置，作為母線的防凝露裝置。裝置的控制柜布置在GCB室，在A2，C2段進氣，B2段回氣，在遠端（備連接端）設設置三相連通管，形成閉合循環回路;濕度監測探頭裝設在回氣口附近，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輸要求和現場安裝重點考慮，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場安裝焊接工人工作量加重。因此，主回路離相母線根據廠房結構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分支另行單獨分段。

3 結語

豐滿水電全面治理工程（重建）中離相封閉母線設計，在選料方面一定要嚴格把關，其設計要求必須滿足水電站安全可靠性運行和相關規范要求，避免出現因布置空間狹小使封閉母線布置路徑復雜化。選型設計的離相母線具有可靠性高，系統簡單便于安裝維護，可靠性高的特點。母線整體布置簡潔緊湊，布局合理美觀大方。充分考慮了發電機主出線與離相母線接口附近基坑的電磁屏蔽問題，采用鋁板對基坑發電機主出線孔附近進行了合理的電磁屏蔽，防止了發電機主出線附近基坑壁混凝土中鋼筋的發熱損耗。選用G245-Ⅱ型封閉母線空氣循環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易凝露，母線絕緣隨凝露降低的問題，提高了電站安全運行的可靠性。

參考文獻

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

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

[3]許震，陸剛.發電廠離相封閉相母線防結露裝置的新應用[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熱保養技術[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].四川水力發電，2017，36（06）：107-109.

[6]呂偉，段宏全，于躍，等.發電機封閉母線防結露技術研究[J].化學工程與裝備，2017（05）：178-179.

[7]王洪見，馮超，秦傳儉，等.封閉母線現場交流耐壓試驗問題分析[J].現代制造技術與裝備，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].電力科學與工程，2016，32（02）：37-42.