全澆注母線檢測及試驗(yàn)方法探討

王新,王敘

(1.浙能技術(shù)中心,杭州市,310052;2.臺州發(fā)電廠,浙江省臺州市,318016)

0 引言

某沿海電廠2臺330MW機(jī)組6 kV廠用母線原采用共箱母線,因絕緣性能差,導(dǎo)致發(fā)生多次短路、接地故障,因而選用 PH 16-3×1600型全澆注母線(betobar-r busbar)對其進(jìn)行了改造。

在此之前,全澆注母線在國內(nèi)大型電廠中未曾使用,因此也沒有可以借鑒的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。盡管全澆注母線屬免維護(hù)產(chǎn)品,但在應(yīng)用中需要采取必要、有效的方法和手段進(jìn)行檢查、試驗(yàn),保證設(shè)備的安全運(yùn)行[1-10]。為此,從母線安裝后交接試驗(yàn)開始,根據(jù)該類型母線特性,結(jié)合《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》、《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》中封閉母線相關(guān)規(guī)定,實(shí)施針對性試驗(yàn)項(xiàng)目,如安裝后核相、段間接觸電阻測量、絕緣電阻測量、交流耐壓等常規(guī)試驗(yàn)方法;并利用高壓介質(zhì)損耗測試儀,對全澆注母線的介質(zhì)損耗因數(shù)(tanδ)、電容量進(jìn)行測試,并計(jì)算絕緣材料的相對介電系數(shù)。這些工作有助于對設(shè)備材料特性的了解,此外,實(shí)踐證明,紅外成像測溫技術(shù)是全澆注母線運(yùn)行中重要監(jiān)測手段,既是對設(shè)備安裝質(zhì)量的檢驗(yàn),更是母線安全運(yùn)行的可靠保證。

1 全澆注母線的紅外成像測溫

1.1 全澆注母線結(jié)構(gòu)

1.2 全澆注母線測溫工作必要性

運(yùn)行中全澆注母線主要檢查母線表面溫升情況。作為母線外殼以及導(dǎo)體間填充物的BIM絕緣材料,是火山巖無機(jī)礦物質(zhì)與適量環(huán)氧樹脂的混合物[1],具有良好的絕緣性能和散熱特性。BIM絕緣材料的耐熱等級為 B級,其允許最高運(yùn)行溫度為130℃。當(dāng)母線溫升異常時(shí),將導(dǎo)致絕緣材料過熱,絕緣性能下降,甚至導(dǎo)致母線開裂,可能引發(fā)接地、短路等故障。

為保證母線安全運(yùn)行,絕緣外殼完好是必要前提,如果母線表面出現(xiàn)裂紋或母線內(nèi)部絕緣材料存在空洞都會(huì)帶來安全隱患。因此定期對母線進(jìn)行紅外成像檢測,是帶電測試的有效手段,尤其是高溫、高負(fù)荷工況下開展這項(xiàng)工作十分必要。

1.3 全澆注母線段間接頭的紅外成像分析

在工廠制造的全澆注母線直線段、直角彎頭中的導(dǎo)電材料均為整塊銅排制成,而盤接頭、T型接頭中銅排彎接工藝較復(fù)雜,但這些產(chǎn)品出廠時(shí)檢驗(yàn)合格,且溫升滿足設(shè)計(jì)要求。

在整條母線中,所有段(元件)間連接均在現(xiàn)場施工完成。全澆注母線段(元件)間連接設(shè)計(jì)為:每相接頭采用 2塊過渡銅排對夾母排,使該處有雙倍接觸面,同時(shí)采用扭力扳手將連接螺栓鎖緊,以此保證接頭溫升不高于母線內(nèi)部銅排,如圖 3所示。安裝工藝要求結(jié)合處每相銅排接觸電阻低于 5μΩ,這是電廠制訂的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。為了檢驗(yàn)全澆注母線段間連接工藝的設(shè)計(jì)是否合理,以及現(xiàn)場施工質(zhì)量是否良好,可利用紅外成像技術(shù)進(jìn)行分析、確認(rèn)。

圖3 全澆注母線段間銅排連接圖Fig.3 Connection betw een copper segm ents of full-pouring busbar

在使用紅外成像儀測溫之前,需先確定母線的比輻射系數(shù)。由于比輻射系數(shù)受物體表面的溫度高低不同、表面形狀及狀況不同和測量角度不同而有所區(qū)別。考慮到全澆注母線外殼材質(zhì)類似于混凝土,且表面光滑程度近似于油漆,取其比輻射率ε=0.94,并保持測試距離在10m以內(nèi)。

因?yàn)槊織l母線安裝的地點(diǎn)分為室內(nèi)和室外,夏季高溫、高負(fù)荷通常集中在光照強(qiáng)烈的中午前后,而這種環(huán)境會(huì)對測溫?cái)?shù)據(jù)帶來較大影響,此時(shí)選擇室內(nèi)母線段以排除光照等干擾,能夠準(zhǔn)確分析、判斷母線的溫升情況。圖 4為室內(nèi)段間接頭紅外成像圖。

圖4 全澆注母線室內(nèi)紅外成像圖Fig.4 Infrared imagery diagram indoor of full-pouring busbar

在圖 4中,區(qū)域 2為段間連接頭處,區(qū)域 1和區(qū)域 3均為母線直線段。表 1列出這 3個(gè)區(qū)域中最高溫度和平均溫度,數(shù)據(jù)表明連接頭處溫度均低于直線段。如果利用紅外成像儀分析軟件的水平線測溫功能可得到圖5,圖中更加直觀地顯示接頭處溫度(下凹部分)相對于直線部分明顯偏低,說明段間接頭的設(shè)計(jì)及安裝工藝均滿足溫升要求。

1.2.1 問卷調(diào)查 調(diào)查問卷分為兩部分:①一般資料:內(nèi)容包括患者姓名、性別、年齡、學(xué)歷、文化程度、家族史、病程和糖尿病類型等。②胰島素注射相關(guān)知識問卷:由Fitzgerald等［4］制定的《糖尿病知識問卷》改編而來，內(nèi)容涉及胰島素使用注意事項(xiàng)和胰島素注射并發(fā)癥，共25題，總分100分，＜60分為差，60～80分為中，81～100分為優(yōu)。該量表經(jīng)專家評定，內(nèi)容效度指數(shù)(CVI)=1.00，經(jīng)預(yù)實(shí)驗(yàn)測得評分表的 Cronbach＇s α為0.75。

表1 全澆注母線溫升比較表Tab.1 Comparison of temperature rise for full-pouring busbar

圖5 全澆注母線段間接頭水平線測溫圖Fig.5 Tem peraturemeasured at horizontal line of inter-segment connector for full-pouring busbar

2 全澆注母線的試驗(yàn)

2.1 定期停電試驗(yàn)項(xiàng)目

定期停電試驗(yàn):全澆注母線依據(jù) DL/T 596—1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》,參照其中封閉母線的試驗(yàn)項(xiàng)目、周期和要求,進(jìn)行絕緣電阻和交流耐壓試驗(yàn),考驗(yàn)?zāi)妇€相間及對地的絕緣強(qiáng)度?？紤]到母線距離較長,有必要進(jìn)行母線相間電容、對地電容量估算,便于選擇交流耐壓試驗(yàn)設(shè)備容量。

2.2 母線相間介損及電容量測試

可以將絕緣材料BIM看成一種均勻介質(zhì)(理想狀態(tài)下內(nèi)部不存在雜質(zhì)、氣泡等異常情況),采用高壓介損電橋進(jìn)行母線絕緣材料的介質(zhì)損耗因數(shù)(tanδ)和電容量測試。

選取一段長度為 830 mm的全澆注母線作為試品。母線中銅排相間距為136mm,銅排厚度10mm,銅排寬度160 mm。

試驗(yàn)分2種情況:邊相(A相或C相)測試,中間相(B相)測試。試驗(yàn)現(xiàn)場環(huán)境溫度25℃,相對濕度66%。試驗(yàn)電壓分別施加工頻 3,6,10 kV,測得的相間電容量及介損見表 2和表 3。

邊相測試時(shí),A相或 C相銅排施加試驗(yàn)電壓,B相作為低壓測量端。

表2 全澆注母線 A相介損及電容量測試結(jié)果Tab.2 Testing results of dielectric loss and capacitance for A phase

表3 全澆注母線 B相介損及電容量測試結(jié)果Tab.3 Testing results of dielectric loss and capacitance for B phase

中間相測試時(shí),B相銅排施加試驗(yàn)電壓,A、C相短接作為低壓測量端,構(gòu)成 2個(gè)均勻介質(zhì)的并聯(lián)回路。

該電廠最長一條母線長約 130 m,以其 B相為例,則相間電容量為

運(yùn)行中該條母線相間電容電流約為

進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)時(shí),在工頻32 kV電壓下該條母線相間最大電容電流約為

在不考慮對地電容情況下,選擇試驗(yàn)變壓器容量不小于:

2.3 絕緣材料BIM相對介電系數(shù)的計(jì)算

相對介電系數(shù)是表征絕緣材料特性的重要參數(shù),用來表示該材料作為電介質(zhì)時(shí)的極化程度,也就是對電荷的束縛能力。介電系數(shù)越大,對電荷的束縛能力越強(qiáng),儲存電能也越多。

全澆注母線內(nèi)部銅排構(gòu)成平板電容器,極板間填充BIM材料,利用高壓介損儀測得的電容量值,便可計(jì)算出絕緣材料BIM的相對介電系數(shù)。下面是平板電容器電容量計(jì)算公式:

式中:C為電容量,F;A為極板面積,m2;d為極板間距,m;ε為絕緣介質(zhì)的介電系數(shù),F/m;ε0為真空的介電系數(shù),F/m;εr為絕緣介質(zhì)相對介電系數(shù)。

從表2已知試品電容量C=34 pF=3.4×10-11F, ε0=8.85×10-12,A=0.133m2,d=0.136m,則

幾種常見絕緣材料空氣、變壓器油、環(huán)氧樹脂、油浸紙板的相對介電系數(shù)值分別為 1、2.2、3.2～4.6、3.8～4.4,BIM材料的εr值接近于環(huán)氧樹脂、油浸紙板等。氣體的εr值一般比固體絕緣材料低得多,而在交流電壓下,絕緣材料各層的電場強(qiáng)度分布幾乎與每層材料的介電系數(shù)成反比[5]。因此,如果全澆注母線內(nèi)部存在空洞或裂縫,則氣隙中電場強(qiáng)度遠(yuǎn)高于BIM材料,容易引發(fā)局部放電。為防止出現(xiàn)這種隱患,在母線制造及現(xiàn)場施工過程中,須嚴(yán)把真空澆注工藝關(guān),確保產(chǎn)品質(zhì)量。

3 結(jié)語

全澆注母線具有絕緣性能好、安裝簡便、占用空間少等優(yōu)點(diǎn),為保證其安全可靠運(yùn)行,首先產(chǎn)品出廠試驗(yàn)和現(xiàn)場安裝交接試驗(yàn)必須嚴(yán)格把關(guān),此外投運(yùn)后相關(guān)檢測工作必不可少。全澆注母線幾年來的運(yùn)行狀況證明,母線定期進(jìn)行帶電紅外成像測溫、停電后絕緣試驗(yàn)等檢測項(xiàng)目針對性強(qiáng),是全面反映設(shè)備狀況的簡便有效手段。結(jié)合全澆注母線結(jié)構(gòu)特點(diǎn),開展介質(zhì)損耗因數(shù)、電容量測試和相對介電系數(shù)計(jì)算,進(jìn)一步全面了解BIM材料物理特性,便于交流耐壓試驗(yàn)設(shè)備的選擇,并有助于分析、預(yù)防母線可能存在的絕緣隱患。

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