全浇注母线检测及试验方法探讨

王新,王叙

(1.浙能技术中心,杭州市,310052;2.台州发电厂,浙江省台州市,318016)

0 引言

某沿海电厂2台330MW机组6 kV厂用母线原采用共箱母线,因绝缘性能差,导致发生多次短路、接地故障,因而选用 PH 16-3×1600型全浇注母线(betobar-r busbar)对其进行了改造。

在此之前,全浇注母线在国内大型电厂中未曾使用,因此也没有可以借鉴的应用经验。尽管全浇注母线属免维护产品,但在应用中需要采取必要、有效的方法和手段进行检查、试验,保证设备的安全运行[1-10]。为此,从母线安装后交接试验开始,根据该类型母线特性,结合《电力设备预防性试验规程》、《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》中封闭母线相关规定,实施针对性试验项目,如安装后核相、段间接触电阻测量、绝缘电阻测量、交流耐压等常规试验方法;并利用高压介质损耗测试仪,对全浇注母线的介质损耗因数(tanδ)、电容量进行测试,并计算绝缘材料的相对介电系数。这些工作有助于对设备材料特性的了解,此外,实践证明,红外成像测温技术是全浇注母线运行中重要监测手段,既是对设备安装质量的检验,更是母线安全运行的可靠保证。

1 全浇注母线的红外成像测温

1.1 全浇注母线结构

1.2 全浇注母线测温工作必要性

运行中全浇注母线主要检查母线表面温升情况。作为母线外壳以及导体间填充物的BIM绝缘材料,是火山岩无机矿物质与适量环氧树脂的混合物[1],具有良好的绝缘性能和散热特性。BIM绝缘材料的耐热等级为 B级,其允许最高运行温度为130℃。当母线温升异常时,将导致绝缘材料过热,绝缘性能下降,甚至导致母线开裂,可能引发接地、短路等故障。

为保证母线安全运行,绝缘外壳完好是必要前提,如果母线表面出现裂纹或母线内部绝缘材料存在空洞都会带来安全隐患。因此定期对母线进行红外成像检测,是带电测试的有效手段,尤其是高温、高负荷工况下开展这项工作十分必要。

1.3 全浇注母线段间接头的红外成像分析

在工厂制造的全浇注母线直线段、直角弯头中的导电材料均为整块铜排制成,而盘接头、T型接头中铜排弯接工艺较复杂,但这些产品出厂时检验合格,且温升满足设计要求。

在整条母线中,所有段(元件)间连接均在现场施工完成。全浇注母线段(元件)间连接设计为:每相接头采用 2块过渡铜排对夹母排,使该处有双倍接触面,同时采用扭力扳手将连接螺栓锁紧,以此保证接头温升不高于母线内部铜排,如图 3所示。安装工艺要求结合处每相铜排接触电阻低于 5μΩ,这是电厂制订的验收标准。为了检验全浇注母线段间连接工艺的设计是否合理,以及现场施工质量是否良好,可利用红外成像技术进行分析、确认。

图3 全浇注母线段间铜排连接图Fig.3 Connection betw een copper segm ents of full-pouring busbar

在使用红外成像仪测温之前,需先确定母线的比辐射系数。由于比辐射系数受物体表面的温度高低不同、表面形状及状况不同和测量角度不同而有所区别。考虑到全浇注母线外壳材质类似于混凝土,且表面光滑程度近似于油漆,取其比辐射率ε=0.94,并保持测试距离在10m以内。

因为每条母线安装的地点分为室内和室外,夏季高温、高负荷通常集中在光照强烈的中午前后,而这种环境会对测温数据带来较大影响,此时选择室内母线段以排除光照等干扰,能够准确分析、判断母线的温升情况。图 4为室内段间接头红外成像图。

图4 全浇注母线室内红外成像图Fig.4 Infrared imagery diagram indoor of full-pouring busbar

在图 4中,区域 2为段间连接头处,区域 1和区域 3均为母线直线段。表 1列出这 3个区域中最高温度和平均温度,数据表明连接头处温度均低于直线段。如果利用红外成像仪分析软件的水平线测温功能可得到图5,图中更加直观地显示接头处温度(下凹部分)相对于直线部分明显偏低,说明段间接头的设计及安装工艺均满足温升要求。

1.2.1 问卷调查 调查问卷分为两部分:①一般资料:内容包括患者姓名、性别、年龄、学历、文化程度、家族史、病程和糖尿病类型等。②胰岛素注射相关知识问卷:由Fitzgerald等［4］制定的《糖尿病知识问卷》改编而来，内容涉及胰岛素使用注意事项和胰岛素注射并发症，共25题，总分100分，＜60分为差，60～80分为中，81～100分为优。该量表经专家评定，内容效度指数(CVI)=1.00，经预实验测得评分表的 Cronbach＇s α为0.75。

表1 全浇注母线温升比较表Tab.1 Comparison of temperature rise for full-pouring busbar

图5 全浇注母线段间接头水平线测温图Fig.5 Tem peraturemeasured at horizontal line of inter-segment connector for full-pouring busbar

2 全浇注母线的试验

2.1 定期停电试验项目

定期停电试验:全浇注母线依据 DL/T 596—1996《电力设备预防性试验规程》,参照其中封闭母线的试验项目、周期和要求,进行绝缘电阻和交流耐压试验,考验母线相间及对地的绝缘强度。考虑到母线距离较长,有必要进行母线相间电容、对地电容量估算,便于选择交流耐压试验设备容量。

2.2 母线相间介损及电容量测试

可以将绝缘材料BIM看成一种均匀介质(理想状态下内部不存在杂质、气泡等异常情况),采用高压介损电桥进行母线绝缘材料的介质损耗因数(tanδ)和电容量测试。

选取一段长度为 830 mm的全浇注母线作为试品。母线中铜排相间距为136mm,铜排厚度10mm,铜排宽度160 mm。

试验分2种情况:边相(A相或C相)测试,中间相(B相)测试。试验现场环境温度25℃,相对湿度66%。试验电压分别施加工频 3,6,10 kV,测得的相间电容量及介损见表 2和表 3。

边相测试时,A相或 C相铜排施加试验电压,B相作为低压测量端。

表2 全浇注母线 A相介损及电容量测试结果Tab.2 Testing results of dielectric loss and capacitance for A phase

表3 全浇注母线 B相介损及电容量测试结果Tab.3 Testing results of dielectric loss and capacitance for B phase

中间相测试时,B相铜排施加试验电压,A、C相短接作为低压测量端,构成 2个均匀介质的并联回路。

该电厂最长一条母线长约 130 m,以其 B相为例,则相间电容量为

运行中该条母线相间电容电流约为

进行交流耐压试验时,在工频32 kV电压下该条母线相间最大电容电流约为

在不考虑对地电容情况下,选择试验变压器容量不小于:

2.3 绝缘材料BIM相对介电系数的计算

相对介电系数是表征绝缘材料特性的重要参数,用来表示该材料作为电介质时的极化程度,也就是对电荷的束缚能力。介电系数越大,对电荷的束缚能力越强,储存电能也越多。

全浇注母线内部铜排构成平板电容器,极板间填充BIM材料,利用高压介损仪测得的电容量值,便可计算出绝缘材料BIM的相对介电系数。下面是平板电容器电容量计算公式:

式中:C为电容量,F;A为极板面积,m2;d为极板间距,m;ε为绝缘介质的介电系数,F/m;ε0为真空的介电系数,F/m;εr为绝缘介质相对介电系数。

从表2已知试品电容量C=34 pF=3.4×10-11F, ε0=8.85×10-12,A=0.133m2,d=0.136m,则

几种常见绝缘材料空气、变压器油、环氧树脂、油浸纸板的相对介电系数值分别为 1、2.2、3.2～4.6、3.8～4.4,BIM材料的εr值接近于环氧树脂、油浸纸板等。气体的εr值一般比固体绝缘材料低得多,而在交流电压下,绝缘材料各层的电场强度分布几乎与每层材料的介电系数成反比[5]。因此,如果全浇注母线内部存在空洞或裂缝,则气隙中电场强度远高于BIM材料,容易引发局部放电。为防止出现这种隐患,在母线制造及现场施工过程中,须严把真空浇注工艺关,确保产品质量。

3 结语

全浇注母线具有绝缘性能好、安装简便、占用空间少等优点,为保证其安全可靠运行,首先产品出厂试验和现场安装交接试验必须严格把关,此外投运后相关检测工作必不可少。全浇注母线几年来的运行状况证明,母线定期进行带电红外成像测温、停电后绝缘试验等检测项目针对性强,是全面反映设备状况的简便有效手段。结合全浇注母线结构特点,开展介质损耗因数、电容量测试和相对介电系数计算,进一步全面了解BIM材料物理特性,便于交流耐压试验设备的选择,并有助于分析、预防母线可能存在的绝缘隐患。

[1]王新.全浇注母线在 6 kV厂用电系统中应用[J].电力建设, 2009,30(7):76-78.

[2]DL/T 596—1996电力设备预防性试验规程[S].北京:中国电力出版社,1997.

[3]GB 50150—2006电气装置安装工程电气设备交接试验标准[S].北京:中国计划出版社,2006.

[4]尹克宁.变压器设计原理[M].北京:中国电力出版社,2003.

[5]汪宏正,何志兴,张古银.绝缘介质损耗与带电测试[M].合肥:安徽科学技术出版社,1988.

[6]DL/T 5153—2002火力发电厂厂用电设计技术规定[S].北京:中国电力出版社,2002.

[7]GB/T 8349—2000金属封闭母线[S].北京:中国标准出版社,2004.

[8]JB/T 9639—1999封闭母线[S].北京:机械工业出版社,2000.

[9]DL/T 5222—2005导体和电器选择设计计算规定[S].北京:中国电力出版社,2005.

[10]DL/T 664—2008带电设备红外诊断应用规范[S].北京:中国电力出版社,2008.