600MW发电机封闭母线局部过热原因分析及措施

唐海军

（广东火电工程总公司，广东 广州 510730）

1.600MW发电机封闭母线情况简介

台山发电厂600MW发电机出口至主变低压侧间采用全连式分相封闭母线连接。每相母线各装在单独的外壳内，外壳两端用短路板连接起来。一端在发电机垂直下引母线处短路连接，一端在主变本体低压侧出线处短路连接。整条封闭母线外壳对地绝缘，在两侧短路连接处各设一个安全接地点。在发电机出口至主变低压侧间设有主要用于发电机并、解列用的分相结构的负荷开关。主变低压侧至负荷开关间、发电机三相引出线至负荷开关间的封闭母线外壳为铝制，分段制造，安装时各段之间焊接为一个整体。由于安装、检修的需要，每相负荷开关外壳分为三段，各段水平中分为上下两半。各段之间的上下、两侧接合面安装时用螺栓紧固连接。负荷开关外壳与两侧封闭母线外壳之间采用环形均匀分布的螺栓紧固连接，在各螺栓连接处用铝制短路条跨接接合面 。

2.封闭母线外壳连接处局部严重过热问题分析

2.1 封闭母线外壳连接处局部严重过热问题及危害。台山发电厂＃1机组在设备调试期间，存在着封闭母线外壳连接处在大负荷工况下局部严重过热的问题。尤其在发电机出口封闭母线外壳连接处显得特别突出，有出现100℃以上的局部高温现象，严重时，在局部过热点测得的最高温度曾达到380℃，造成封母外壳支撑紧固螺栓发红。

2.2 封闭母线外壳过热的危害为：

2.2.1 封闭母线外壳过热严重时，将使封闭母线外壳变形产生应力，作用在固定其上的支撑绝缘子，可能造成支撑绝缘子位移，严重时导致支撑绝缘子破碎，引起发电机单相接地。

2.2.2 长期过热导致封闭母线外壳变形严重时，可能使外壳与母线间距离变小，容易引起外壳与母线间放电，引起单相接地。

2.2.3 局部高温可能导致封闭母线铝制外壳、短路条局部融化，引起单相接地。

2.2.4 封闭母线外壳过热严重时，导致封闭母线内部温度升高，发电机引出母线冷却条件恶化。

2.2.5 封闭母线外壳严重过热区域附近的绝缘子长期受到高温的作用，绝缘材料将逐步变脆和老化，以致绝缘失去弹性和绝缘性能下降，使用寿命大为缩短。

2.2.6 铝制封闭母线外壳温度长期超过100℃时，抗拉强度急剧下降，使用寿命大大降低。

2.3 封闭母线外壳发热的原因。能引起封闭母线外壳的发热的因素有两个：一、铝制的封闭母线外壳处在母线所产生的交变磁场中，产生电流，引起发热；二、封闭母线导体上大电流产生的热量以辐射、空气对流的方式传递到封闭母线外壳，导致其温度逐渐升高。显然，上述两个因素中，在机组正常运行工况下，母线发热辐射、对流到封闭母线外壳的热量，不会引起封闭母线外壳温度超过100℃。

根据电磁学的有关理论，运行中的每相母线的交流电流在其周围空间内产生呈正弦规律变化的磁场。该磁场在铝制的封闭母线外壳上产生感应电势，由于全连式分相封闭母线三相间在两端短路连接，构成回路，该感应电势在封闭母线外壳上产生感应电流。感应电流的大小为其产生的磁场能抵消母线上的交流电流产生的磁场。即：感应电流的大小基本上与发电机负荷电流相等。该感应电流纵向流过整条封闭母线外壳，引起封闭母线外壳发热。对整个封闭母线外壳而言，发电机负荷电流越大，封闭母线整体发热越严重。而对于封闭母线外壳连接处的局部区域而言，该部位的发热量与其电阻的大小、流过此处的电流的平方成正比。即：电阻越大、电流密度越高的地方，发热越严重。一旦某一连接处出现温度过高现象时，接触连接面会发生强烈氧化，使得接触电阻增大，温度进一步上升，导致接触处松动或烧熔。同时，由于每相封闭母线外壳上感应电流的磁场与母线电流的磁场不可能完全抵消，会产生一定的漏磁通，在其他相的外壳上产生涡流，引起封闭母线外壳发热。但由于漏磁通较小，涡流引起的封闭母线外壳发热程度并不严重。

2.4 封闭母线外壳连接处局部过热的原因

2.4.1 连接处导流面积不足，电流密度大

在封闭母线安装施工时，首先将主变低压侧、发电机三相引出线侧封闭母线外壳各段之间进行焊接，形成一个整体,为提高封闭母线的密封性能，安装时在结合面之间采用了焊接方式。这样，发电机负荷电流在封闭母线外壳上产生的感应电流在外壳两侧与其两侧封闭母线连接处只能流经支撑紧固螺栓及短路条。由螺栓及短路条形成的导流面积与整个封闭母线外壳的接合面面积相比相差悬殊，因此各螺栓及短路条上的电流密度大大高于整个封闭母线外壳其它地方的电流密度，引起螺栓及短路条在大负荷工况下过热。

2.4.2 连接处接触电阻大

封闭母线外壳两侧与其两侧封闭母线连接时使用的螺栓与压紧垫片、压紧垫片与短路条、短路条与封闭母线外壳间，不可避免地会形成一定的接触电阻，该接触电阻的阻值必然会远远高于封闭母线外壳其他部位的铝材电阻，造成负荷开关外壳与封闭母线外壳连接处的发热量明显高于其他地方。该接触电阻的阻值虽在一定范围内可以通过调整螺栓紧力、平整压紧垫片、平整短路条降低一些，但不可能完全消除。

2.5 对封闭母线外壳连接处局部过热的计算分析。前面对封闭母线外壳连接处局部过热进行了定性分析，下面根据封闭母线有关技术资料及测量数据，进行简单定量分析。

600MW发电机额定电流为：19245A。主封闭母线外壳为圆筒形，主回路额定电流设计为25000A，母线铝管内径为900X15mm，外壳铝管内径为Φ1450X10 mm。发电出线罩外壳与主封闭母线外壳连接处接合面的宽度为45mm，结合面采用64条直径为16mm的钢制螺栓连接。在每条螺栓处用宽度为50mm、厚度为5mm的铝制短路条跨接接合面。据以上数据，可以计算、比较设计的接合面的电流密度及实际接合面可能达到的最小电流密度。

设计的接合面的导电截面积为：

π（735+45）2–π7352=3.14(608400–540225)=214096（mm2）（1）

设计的接合面的电流密度为：

25000A/214096mm2=0.117A/mm2（2）

实际接合面最大导电截面积为：

π82×64+5×50×64=12861+16000=28861(mm2）（3）

接合面可能达到的最小电流密度为：

19245A/28861 mm2=0.667A/mm2（4）

根据：

导体发热量计算公式：Q=I2Rt（I为电流；R为电阻；t为时间） （5）

导体电阻计算公式:

R=ρl/S（ρ为导体电阻率；l为导体长度；S为导体截面积） （6）

导体电流密度公式：

J=I/S （I为电流；S为导体截面积）（7）

若在实际接合面上、设计的接合面上各取一块面积、长度相等的导体在相同时间内进行发热量比较，由于导体材料也相同，可知：两者的 ρ、l、S、t相等，R 也相等。若以下脚标为1的量表示实际接合面各计算量，以下脚标为2的量表示设计的接合面各计算量进行发热量比较，可得：

Q1/Q2= I12R1t1/I22R2t2= I12/I22=（J1S1）2/（J2S2）2=J12/J22（8）

Q1/Q2=0.6672/0.1172=32.5 （9）

上式说明，实际接合面上与设计的接合面上面积、长度相等的导体在相同时间内的发热量相比，要高出32.5倍。由以上的分析不难发现，电流密度大是引起实际负荷开关外壳与封闭母线外壳连接处发热量高的的根本原因，解决该问题的关键措施是增加负荷开关外壳与封闭母线外壳连接处接合面的导电面积，以降低该处电流密度。

3.解决封闭母线外壳连接处过热的措施

（1）将负荷开关外壳两侧与两侧封闭母线外壳连接处的橡胶密封垫换成铝制密封垫，增加导电面积，减小电流密度。（2）调整各接合面加工平整，保证各接合面间能紧密接触在一起，在各接合面上涂上导电膏，尽量减小接触电阻。（3）短路条与压紧垫片、短路条与封闭母线外壳间的接触面进行检查处理平整，并在各接合面上涂上导电膏，尽量减小接触电阻。（4）对紧固螺栓按要求力矩要求进行重新检查坚固，对出现接合面局部翘曲进行了处理，减少了局部区域接触电阻过大。（5）消除因运行中振动及过热导致的螺栓松动、螺栓压紧垫片变形等引起的接触电阻变大，局部出现过热现象。（6）对封母固定包箍及支撑绝缘垫进行了清除，对封闭母线的支架采用直接接地方式。

[1]范锡普.发电厂电气部分.水利电力，1990年第二版.