某電站11F發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)匯流母排運(yùn)行溫度較高的分析和處理

1、某電站11F發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)匯流母排運(yùn)行溫度較高的分析和處 理摘要】：某電站11F發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)匯流母排在運(yùn)行過程出現(xiàn)溫度較高的現(xiàn)象， 通過對母排發(fā)熱和散熱兩方面原因進(jìn)行分析，制定并實(shí)施的多項(xiàng)措施有效降低了 匯流母排溫度?！娟P(guān)鍵詞】：發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)匯流母排溫度較高措施1概述某電站11F機(jī)組為混流式機(jī)組，額定容量175MW，額定電壓13.8kV，額定電 流8367A，額定功率因數(shù)COS=0.875，額定轉(zhuǎn)速136.4轉(zhuǎn)/分，定子接線法為4Y， 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地。2問題提出11F機(jī)組發(fā)電機(jī)絕緣等級為B級，絕緣材料主要是由云母、石棉、玻璃絲經(jīng) 有機(jī)膠膠合或浸漬而成，絕緣耐熱溫度為130C。機(jī)組投產(chǎn)以來，

2、紅外成像顯示 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)匯流母排連接處、匯流母排、母排支撐固定螺栓的溫度在機(jī)組運(yùn)行 過程長期處于90至110C之間，2012年匯流母排支撐固定螺栓溫度在機(jī)組運(yùn)行 時(shí)升高至120C,2013年匯流母排溫度在機(jī)組長期高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)達(dá)到130.2C。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)匯流母排溫度升高，將使絕緣老化，對機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重 的安全隱患。因此要查明溫度升高原因，并采取措施消除隱患。3溫度升高原因分析在沒有外來熱源情況下，設(shè)備溫度升高系發(fā)熱引起。根據(jù)導(dǎo)體發(fā)熱公式Q=I2Rt， 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)母排發(fā)熱原因可從電阻和電流增大進(jìn)行分析，兼顧考慮發(fā)熱量聚集 后熱量的散發(fā)。3.1母排電流密度變大導(dǎo)致溫度上升發(fā)電機(jī)11F中性

3、點(diǎn)采用4Y星型接法，經(jīng)消弧線圈接地，匯流母排橫截面為 4x125x15mm2。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，每相電流趨于均衡，中性點(diǎn)流過三相電流矢 量和，母排電流密度為1.1156A/mm2。在對11F中性點(diǎn)電流進(jìn)行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)定 子引出線一相電流高于另兩相電流，三相電流存在不平衡現(xiàn)象，如果機(jī)組帶高負(fù) 荷運(yùn)行，導(dǎo)致部分母排電流密度較大，發(fā)熱量增加，溫度升高。3.2匯流母排連接處電阻增大11F發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)母排采用4根紫銅排，連接處用螺栓緊固，接觸面為鍍錫工 藝。由于銅的導(dǎo)電性優(yōu)于錫，母排的導(dǎo)電性優(yōu)于連接處，連接面接觸電阻較大， 如果檢修加工和鍍錫工藝存在問題，連接處電阻進(jìn)一步變大，機(jī)組運(yùn)行時(shí)該處發(fā) 熱量增加

4、，溫度會(huì)明顯升高。加之在母排連接處采用了絕緣皮進(jìn)行包扎，不利于 熱量發(fā)散，溫度進(jìn)一步升高。通過對長期測溫所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，匯流母排連 接處的溫度高于母排條5-10C。3.3機(jī)組氣隙不均衡增大中性點(diǎn)母排電流機(jī)組定轉(zhuǎn)子空氣間隙改變會(huì)導(dǎo)致磁路磁阻變化，各個(gè)磁極建立的磁場強(qiáng)度發(fā)生 偏差，相之間或支路之間的電勢會(huì)不平衡，從而產(chǎn)生不平衡電流。對機(jī)組進(jìn)行大修時(shí)發(fā)現(xiàn)：轉(zhuǎn)子圓度不合格，定子上、下環(huán)中心偏差偏大，且 與機(jī)組安裝中心也存在較大偏差。這些因素導(dǎo)致發(fā)電機(jī)氣隙不合格，磁場不平衡， 從而會(huì)在中性點(diǎn)流過不平衡電流。3.4母排散熱效果不理想11F機(jī)組中性點(diǎn)位于電纜夾層的夾角處，上部空間狹窄，沒有加裝專用的通風(fēng)

5、 設(shè)施，中性點(diǎn)處空氣流動(dòng)緩慢，不利于熱量散發(fā)。夏天氣溫偏高，加之汛期機(jī)組 長期高負(fù)荷運(yùn)行，中性點(diǎn)處環(huán)境溫度常達(dá)到30C以上，母排與環(huán)境的溫差變小不 利于散熱，在相同溫升時(shí)母排溫度變高。3.5材質(zhì)原因引起金具溫度高機(jī)組中性點(diǎn)匯流母排的固定支撐金具由固定片和螺栓圍繞母排連接成環(huán)狀，并 固定于支撐絕緣子。由于鐵質(zhì)材料容易氧化生銹，固定片和螺栓采用了鍍鋅工藝 的鐵材質(zhì)。在長期運(yùn)行及檢修過程中，固定片和螺栓存在磨損情況，鍍鋅層有不 同程度損傷，發(fā)生氧化，表面過流不均衡引起發(fā)熱，同時(shí)電流穿過環(huán)狀金屬導(dǎo)體， 在上面感應(yīng)出很小的電勢，形成局部小環(huán)流，也會(huì)導(dǎo)致溫度上升。4采取的措施及效果4.1減小中性點(diǎn)母排電流

6、密度分布在發(fā)電機(jī)定子電流不變的情況下，根據(jù)公式J=I/S、R=pL/S、Q=I2Rt（J為電流 密度，I為電流，S為面積，L為長度，p為導(dǎo)體電阻率，R為電阻，t為時(shí)間）， 增加導(dǎo)體的過流橫面積可以減小導(dǎo)體的電流密度、導(dǎo)體電阻和發(fā)熱量。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)匯流母排為4x125x15mm2紫銅母排，雙層結(jié)構(gòu)，單層連接如 圖（1）,橫向?yàn)閰R流母排，豎向?yàn)橐鼍€母排，連接接觸面為3面。要增加匯流母 排過流橫面積，可以考慮加寬原母排的寬度和增加母排數(shù)量。從圖（1）看出，要 加寬匯流母排可以加長引出線母排或者母排向內(nèi)側(cè)增加寬度，由于引出線母排不 易更換，加之內(nèi)側(cè)增加寬度會(huì)導(dǎo)致母排與電流互感器距離變近，不利于安全運(yùn)

7、行。 要增加匯流母排數(shù)量，可以采用在引出線母排上端疊加的方法，如圖（2）所示。 在增加兩個(gè)1x125x15mm2母排后，匯流母排橫向面積增大為原來的3/2，母排的 接觸面由3面增加到4面。增加匯流母排數(shù)量后母排的電流密度、電阻、發(fā)熱量 均減少為原來的2/3,母排連接面積增加也能改善發(fā)熱情況。圖（1）圖（2）11F機(jī)組按照疊加母排的方法對中性點(diǎn)母排進(jìn)行了改造，在投運(yùn)后電流密度降 低為0.74373A/mm2,進(jìn)行溫度跟蹤監(jiān)視發(fā)現(xiàn)匯流母排和母排連接接觸面的溫度 有較大的下降，帶滿負(fù)荷長時(shí)間（大于2小時(shí)）運(yùn)行時(shí)最高溫度沒有超過 110C。4.2更換母排接觸涂層材料通過使用導(dǎo)電性更好的接觸面涂層，可以

8、減少接觸面電阻，降低接觸面溫度。 在金屬系列里，銀是優(yōu)良的導(dǎo)電材料，導(dǎo)電性能優(yōu)于錫，因其價(jià)格相對較高未大 量使用。中性點(diǎn)母排接觸總面積不大，涂層材料需求量少，通過錫涂層改為銀涂 層，能換來較好的安全效益。11F機(jī)組中性點(diǎn)母排接觸面由錫涂層改為銀涂層， 經(jīng)過一年測溫觀察，接觸面溫度由最高130C降為100C左右，降溫效果明顯。 4.3調(diào)整發(fā)電機(jī)氣隙11F機(jī)組在大修時(shí)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子圓度不合格，定子中心偏差偏大，定轉(zhuǎn)子間氣隙 不合格。在對2個(gè)轉(zhuǎn)子磁極進(jìn)行了更換，28個(gè)磁極進(jìn)行了加墊處理后，轉(zhuǎn)子圓度 符合要求。對定子進(jìn)行推中，采用調(diào)整機(jī)組底環(huán)及頂蓋中心來調(diào)整整個(gè)機(jī)組的安 裝中心，機(jī)組中性基本重合。經(jīng)處理轉(zhuǎn)子

9、圓度、調(diào)整定子中心后，測量定轉(zhuǎn)子氣 隙大小符合標(biāo)準(zhǔn)要求。從實(shí)際運(yùn)行檢測得出，氣隙間隔的改變對減小中性點(diǎn)不平 衡電流有一定的改善作用。4.4改善中性點(diǎn)通風(fēng)效果在環(huán)境溫度高、機(jī)組負(fù)荷重的情況下，可采用加快空氣流動(dòng)的措施來降低發(fā) 電機(jī)中性點(diǎn)溫度。通過在11F機(jī)組中性點(diǎn)處加裝兩臺(tái)90W的臨時(shí)風(fēng)扇對母排進(jìn)行 吹風(fēng)，開啟廠房送風(fēng)、排風(fēng)系統(tǒng)加快空氣流動(dòng)，母排溫度下降20C左右，明顯改 變了溫升情況。4.5更換母排固定金具材質(zhì)在機(jī)組檢修期間，將發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)母排固定片和螺栓更換為不銹鋼材質(zhì)。更 換后監(jiān)視固定金具溫度維持在100C左右。4.6加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)視和分析加強(qiáng)設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)視和分析，也是應(yīng)對中性點(diǎn)溫度升高的重要措施。運(yùn)行人 員對11F機(jī)組運(yùn)行情況進(jìn)行了全面監(jiān)視，測試機(jī)組不同運(yùn)行狀態(tài)時(shí)機(jī)組中性點(diǎn)溫 度，氣溫高和負(fù)荷重時(shí)增加測溫次數(shù)；定期測試機(jī)組振擺數(shù)據(jù)并同步記錄機(jī)組溫 度、負(fù)荷數(shù)據(jù)；監(jiān)盤人員對機(jī)組電流變化進(jìn)行記錄。由于具備詳細(xì)的設(shè)備監(jiān)控資 料，運(yùn)行人員能夠?qū)Χㄗ与娏髯兓M(jìn)行比對，分析負(fù)荷、不平衡電流、溫度之間 的關(guān)系。在中性點(diǎn)溫度較高時(shí)采取負(fù)荷調(diào)整、加裝臨時(shí)風(fēng)扇等措施，避免溫度超 過規(guī)定極限造成中性點(diǎn)母排絕緣損壞。5結(jié)論某電站11F機(jī)組中性點(diǎn)匯流母排在采取減小電流密度、增大接觸面積、加強(qiáng) 散熱等多項(xiàng)措施后，機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)中性