发电机组封闭母线外壳局部过热原因分析及处理

200MW发电机定子额定电流为8625A，一般情况下，其出线均采用全连式自冷离相封闭母线与升压变压器（主变压器）直接连接（即"单元制"接线）。全连式离相封闭母线铝质外壳对母线能起到很好的密封和隔离作用，基本上消除了外界潮气、灰尘以及外物所引起的接地和相间短路事故，同时也确保了人身的安全，具有高度地可靠性。全连式外壳回路由于电磁感应而产生的环流（数值大约等于母线电流但方向相反），能使壳外的磁场大部分消失，从而消除了壳外钢结构的感应损耗发热。由于它所具有的优越性，所以全连式离相封闭母线被广泛用于定子额定电流在8000A以上的发电机出线及其厂用分支线上。
1 提出问题
1.1 发现缺陷
2003年4月下旬，淮北发电厂5号机组电气运行值班员，在上半夜5号发电机（已增容改造为220MW）带200MW有功、25MVAR无功负荷运行时段对设备巡回检查时，用远红外测温仪测得5号发电机出线B相（中相）封闭母线可拆伸缩节软接箱外法兰处局部过热，温度高达125℃（同法兰其它部位的温度也较高,且明显地高于边相的相对位置）。高峰负荷后降低机组出力，该区域温度随着下降，但带150MW有功、15MVAR无功负荷时，过热处的温度尚在100℃以上，同法兰其它部位的温度也不低于70℃，仍超过部颁"封闭母线外壳的允许温度为65℃～70℃"的规定。若恶性循环，长期过热将造成橡胶伸缩节快速老化导致损坏，从而丧失封闭母线的密封性能。
1.2 原因分析
（1）有资料表明，由于全连式封闭母线外壳环流的集肤效应与邻近效应，三相并排布置圆管载流导体的中相附加电阻与三相平均附加电阻之比接近2倍，因此中相封闭母线外壳的温升一般情况下都高于边相。
（2）淮北发电厂5号发电机封闭母线伸缩节处内藏12片截面120×10 mm的跨接铝排（均匀分布），鉴于圆导体的集肤效应损耗系数Kf = （式中：r是交流电阻，r0是直流电阻），可认为封闭母线外壳回路由于电磁感应而产生的环流也是均匀分布的，即正常情况下每片跨接铝排通过的环流约为发电机负荷电流的1/12。
（3）该伸缩节处的跨接铝排虽为内藏式，但可初步判断过热处的内藏跨接铝排有接触不良现象。根据全连式封闭母线外壳环流损耗的计算公式
式中 I K -- 外壳环流（有效值）；
rk0 -- 外壳直流电阻；
Kf -- 外壳的集肤效应损耗系数，在厚度不大于8 mm时可取为1。
显见，随着过热处内藏跨接铝排的接触不良，该部位的直流电阻rk0将同步上升，引起该处的环流损耗Pc成正比例上升，势必引起局部过热。且随着机组负荷的变化，外壳环流I K相应变化，环流损耗Pc与外壳环流（有效值）的平方成正比，温升必然随之相应变化。
2 处理方法
2.1 运行中处理方案
（1）缺陷未处理前，联系省中调适当降低5号发电机有无功负荷，电气运行值班员加强巡检，做好连续测温工作，安装一台临时排风扇，外部吹风降温，尽量控制过热处的温度。
（2）伸缩节两端软接箱外侧每侧法兰均有24颗固定螺栓，拟在每对螺栓间逐一加装连接小铝排，以期对内藏式跨接铝排实施分流，从而降低发热（见附图）。
（3）由于封闭母线外壳是三相短路并接地的，铝外壳上感应的轴向电动势与大地等电位，故可在不停机的条件下实施安装连接小铝排方案。
2.2 停机后处理过程
一周后恰逢省际联络口子受限，省中调调停5号机组备用，淮北发电厂利用此契机停机后进行了彻底消缺。
（1）解体伸缩节橡胶套，经查各跨接铝排的固定螺栓虽无严重的松动现象，但部分紧固螺丝有明显的电化腐蚀造成接触不良而导致过热的痕迹，特别是过热处所对应的固定螺丝状况尤甚，确证了本文1.2原因分析第（3）条的初步判断。解开12块跨接过渡铝排，对过热、电化腐蚀部位的氧化物进行打磨后涂抹增强导电性和防氧化性的电力脂，以消除接触面电阻大造成的发热。
（2）考虑到5号发电机组已运行多年（1981年投运），为增强B相封闭母线伸缩节连接处的载流量，仍执行本文2.1运行中处理方案，在B相伸缩节两端软接箱外法兰间加装24根截面50×5mm连接小铝排，以期对12块内藏式跨接铝排进行分流，同时增大表面散热能力。
3 效果检测
（1）2003年5月初，5号发电机带200MW有功、25MVAR无功负荷运行时，用远红外测温仪测得封闭母线B相原过热处的温度为50℃，同法兰其它部位的温度也降至50℃以下。夏季高温天气5号发电机带210MW有功、30MVAR无功负荷时，B相封闭母线伸缩节法兰处温度也在65℃以下，降温效果明显，5号发电机组圆满地完成了迎峰度夏任务。
（2）5号发电机带210MW有功、30MVAR无功负荷时，用钳型电流表测得新加装的B相封闭母线伸缩节处连接小铝排每根通过的电流均在25A左右，达到了预期的分流目的。
4 结束语
通过以上200MW发电机组封闭母线伸缩节软接箱外侧法兰局部过热的发现、分析与处理，建议有大型机组的发电厂应重视以下事项：
（1）远红外测温仪用于电气专业运行现场的巡检是非常必要和重要的；
（2）应将发电机的封闭母线伸缩节列入电气专业巡检设备，将发热作为重要巡检内容；
（3）一旦发现伸缩节外法兰处有超温现象，在短期无停机的机会时，可采用本文2.1运行中处理方案，减少机组的非计划停运；
（4）机组检修时，应针对发电机封闭母线运行中温升高的具体情况，将伸缩节处内藏跨接铝排的接口作为"应修"设备去"必修"，且要做到"修必修好"，以充分保障发电机组的可用性。

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