老撾南立水電站發(fā)電機(jī)出口隔離刀閘技改方案

陳燦輝

（中國(guó)水利電力對(duì)外有限公司，北京 100120）

0 引言

老撾南立1-2水電站壩址位于老撾萬(wàn)象市西北辛赫南立大橋上游約50 km處,電站裝機(jī)2×50 MW，保證出力38.8 MW，多年平均發(fā)電量為4.35×108kW·h，年平均利用4350 h。

南立1-2水電站接入老撾中部電網(wǎng)，電站自2010年8月1日正式進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行以來(lái)，因老撾電網(wǎng)容量較小，可靠性差。在汛期常發(fā)生因電網(wǎng)原因?qū)е聶C(jī)組甩負(fù)荷現(xiàn)象，而電網(wǎng)的波動(dòng)，電流劇烈變化，對(duì)電站過(guò)電流設(shè)備造成沖擊[1]。

10 kV發(fā)電機(jī)出口隔離刀閘安裝于發(fā)電機(jī)出口斷路器柜中，位于發(fā)電機(jī)出口斷路器系統(tǒng)側(cè)前端，在主接線系統(tǒng)中是一個(gè)電氣回路明顯斷開點(diǎn)，防止運(yùn)行人員的誤操作，以及機(jī)組冷熱備用狀態(tài)轉(zhuǎn)換的作用。

1 存在問(wèn)題

目前2臺(tái)機(jī)組出口隔離開關(guān)運(yùn)行溫度較高，特別是在系統(tǒng)電網(wǎng)振蕩后，隔離刀閘溫度升高明顯。

例如：2017-07-28至2017-07-31，1#機(jī)組經(jīng)過(guò)3次電網(wǎng)故障沖擊后，發(fā)電機(jī)出口隔離刀閘溫度上升加快，于2017年8月4日7時(shí)30分，1#機(jī)組隔刀B相最高運(yùn)行溫度達(dá)128℃，設(shè)備觸頭及連接銅母排已經(jīng)發(fā)熱至淺黑色，外層絕緣套受熱脫落，溫度過(guò)高已影響到設(shè)備可靠運(yùn)行。經(jīng)緊急檢修處理，調(diào)整動(dòng)靜觸頭之間的間隙，使兩側(cè)接觸面間隙一致；打磨刀口之間由于過(guò)流產(chǎn)生的灼傷痕跡，減少接觸電阻；動(dòng)靜觸頭之間涂以電力復(fù)合脂，消除少量間隙造成的接觸電阻過(guò)大；檢修后，設(shè)備恢復(fù)正常工況，運(yùn)行溫度維持在（60～70）℃。但是，產(chǎn)生了系統(tǒng)振蕩，又導(dǎo)致隔離刀閘發(fā)熱溫度超過(guò)運(yùn)行規(guī)程指標(biāo)。隔離刀閘運(yùn)行溫度記錄見(jiàn)表1。

從表1可以看出，系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，對(duì)電站設(shè)備沖擊較大，隔離刀閘溫度上升尤為明顯，雖經(jīng)過(guò)檢修處理后，三相運(yùn)行溫度恢復(fù)正常，但再次受到?jīng)_擊后，運(yùn)行溫度又再次上升。

維護(hù)人員對(duì)隔離刀閘檢修時(shí)，發(fā)現(xiàn)動(dòng)、靜觸頭之間出現(xiàn)電弧燒灼，產(chǎn)生部分坑洼現(xiàn)象，這導(dǎo)致接觸電阻進(jìn)一步增大、發(fā)熱加劇。因老撾電網(wǎng)在汛期穩(wěn)定性差，隔離刀閘溫度異常升高現(xiàn)象尤為突出，已影響汛期發(fā)電時(shí)設(shè)備的可靠運(yùn)行。

表1 1#發(fā)電機(jī)出口運(yùn)行溫度記錄

2 原因分析

2.1 隔離刀閘允許溫升

根據(jù)《高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求》（DL/T 593—2006）規(guī)定，在空氣中的鍍銀或鍍鎳觸頭，周圍空氣溫度不超過(guò)40℃時(shí)的溫升為65 K，隔離刀閘工作環(huán)境溫度為30℃，折算到觸頭最高運(yùn)行不得超過(guò)95℃。

《南立1-2水電站配電裝置運(yùn)行規(guī)程》規(guī)定：環(huán)境溫度為25℃時(shí)，母線接頭允許運(yùn)行溫度為70℃，最高不得超過(guò)80℃。

2.2 發(fā)熱原因

（1）過(guò)載電流較大。當(dāng)機(jī)組帶50 MW滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由于老撾電網(wǎng)穩(wěn)定性差，在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，機(jī)組負(fù)荷在（40～60）MW來(lái)回振蕩，時(shí)間達(dá)2 min之久，定子電流在（2587～3771）A波動(dòng)，造成定子電流起伏變化劇烈，振蕩電流過(guò)高，時(shí)間較長(zhǎng)。根據(jù)電熱的熱量計(jì)算公式Q=I2Rt，導(dǎo)體發(fā)熱與電流和過(guò)流電阻成正比。電流增加，發(fā)熱量成倍增加。

（2）接觸電阻增大。出口隔離刀閘作為關(guān)鍵的過(guò)流設(shè)備之一，在長(zhǎng)期使用和多次操作后，動(dòng)靜觸頭之間多次分合后，接觸面出現(xiàn)磨損，觸頭，特別是動(dòng)靜觸頭刀口之間，由于摩擦力較大，導(dǎo)致觸頭鍍銀層脫落，接觸電站進(jìn)一步增大。在電網(wǎng)沖擊后，由于系統(tǒng)振蕩，電流波動(dòng)后，致使觸頭接觸面也出現(xiàn)少量電弧灼傷，出現(xiàn)坑洼現(xiàn)象。

由于隔離刀閘已出現(xiàn)溫度過(guò)高現(xiàn)象，運(yùn)維人員進(jìn)行處理，調(diào)節(jié)動(dòng)觸頭與靜出口之間的咬合力，以及對(duì)灼傷面進(jìn)行打磨，接觸動(dòng)靜觸頭經(jīng)多次檢修打磨，接觸面鍍銀層部分脫落，致使接觸電阻進(jìn)一步增大。接觸電站增大，再次打磨，鍍銀層再次脫落，接觸電站再次增大，處理工藝造成隔離刀閘發(fā)熱的惡性循環(huán)。接觸電阻增大，隔離刀閘運(yùn)行溫度上升。

（3）開關(guān)合閘不到位，致使動(dòng)靜觸頭之間結(jié)合不緊密。運(yùn)行人員在倒閘操作過(guò)程中的熟練程度也影響到隔離刀閘的工作狀態(tài)，分合閘時(shí)力量的控制比較重要，過(guò)大或過(guò)小都可能導(dǎo)致隔離刀閘分合閘位置不到位或者過(guò)位，分合閘位置要有正確的判斷，特別是合閘位置需要從隔離刀閘指示燈、隔離刀閘本體以及隔離刀閘動(dòng)觸頭的夾緊彈片位置等進(jìn)行判斷，在實(shí)際倒閘操作中，由于運(yùn)行人員業(yè)務(wù)能力不熟練，操作不規(guī)范，在分合閘過(guò)程中，特別是合閘操作結(jié)束后，隔離刀閘卻未在完全的合閘狀態(tài)，動(dòng)靜觸頭之間存在間隙或接觸不緊密，接觸電阻增大，運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)大電流的時(shí)候致使發(fā)熱嚴(yán)重。

（4）系統(tǒng)振蕩，導(dǎo)致設(shè)備過(guò)電流長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。老撾國(guó)內(nèi)電網(wǎng)分成北部、中一區(qū)、中二區(qū)、南部4大區(qū)域電網(wǎng)，區(qū)域內(nèi)主要采用230 kV和115 kV的線路進(jìn)行電力調(diào)度，區(qū)域間只有北部與中一區(qū)、中一區(qū)與中二區(qū)分別有一條230 kV和115 kV的線路相連。下階段實(shí)現(xiàn)全國(guó)范圍內(nèi)4大電網(wǎng)的互聯(lián)互通，建成聯(lián)通老撾全國(guó)的500 kV高等級(jí)輸變電線路，將是老撾電網(wǎng)急需解決的問(wèn)題[2]。

由于老撾電網(wǎng)建設(shè)相對(duì)落后，工業(yè)基礎(chǔ)比較薄弱，電力出口至鄰國(guó)，電壓等級(jí)較低，目前最高電壓等級(jí)為230 kV，每年5月便進(jìn)入雨季，雷雨季節(jié)導(dǎo)致線路跳閘現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

南立出線電壓等級(jí)為115 kV，電力輸送至欣合115 kV變電站及阪東115 kV變電站，雷雨季節(jié)恰好是電站滿負(fù)荷騰庫(kù)容的時(shí)候，隔離刀閘帶額定負(fù)荷發(fā)電，雷雨天氣加上老撾電網(wǎng)相對(duì)而言穩(wěn)定性差，經(jīng)常導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩，短時(shí)間不能恢復(fù)情況下，設(shè)備承受過(guò)電流時(shí)間較長(zhǎng)，電站設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間承受系統(tǒng)振蕩，當(dāng)發(fā)熱量大于散熱量，平衡一打破，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，設(shè)備觸頭發(fā)熱加劇。

（5）設(shè)備容量偏小。2016年10月29日和2016年11月1日，分別采用同型號(hào)刀閘，對(duì)2臺(tái)機(jī)組隔離刀閘進(jìn)行了更換，但在經(jīng)過(guò)多次電網(wǎng)沖擊后，同樣出現(xiàn)溫度劇烈升高的現(xiàn)象。電站額定容量為2×50 MW，滿發(fā)時(shí)額定電流為3234 A左右，汛期超發(fā)5%時(shí)，機(jī)組電流增大至3400 A，接近刀閘額定電流（In=4000 A）的85%，根據(jù)生產(chǎn)廠家提出的消缺方案：出口大電流隔離刀閘按可靠性原則進(jìn)行配置，一般配置控制在不超過(guò)70%的額定電流。載流量不足、容量偏小、設(shè)備發(fā)熱。

3 技改方案

3.1 載流量校核

根據(jù)廠家可靠性配置建議，按長(zhǎng)期承載電流3400 A，不超過(guò)70%的額定電流，隔離刀閘應(yīng)通過(guò)的額定電流In=3400 A/0.7=4857 A，選擇GN22-12-5000-63隔離刀閘，額定電流5000 A，在可靠選用標(biāo)準(zhǔn)70%范圍內(nèi)。

3.2 設(shè)備選型及技改措施方案

（1）采用容量大的隔離刀閘更換運(yùn)行中的發(fā)熱嚴(yán)重的隔離刀閘。因高壓開關(guān)柜內(nèi)部設(shè)備完好，不存在過(guò)熱現(xiàn)象，不需要進(jìn)行更換，但隔離刀閘因發(fā)熱嚴(yán)重，已影響到系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此建議對(duì)隔離刀閘進(jìn)行整體更換，更換設(shè)備涉及到與原有設(shè)備的配合，在同其他設(shè)備連接過(guò)程中，不至于由于更換設(shè)備后致使銜接出現(xiàn)配合問(wèn)題。選用相同安裝尺寸的隔離刀閘，但需要加大動(dòng)靜觸頭的過(guò)流截面積，提高其載流量，從根本上解決發(fā)熱問(wèn)題。尺寸選用額定電流5000 A隔離刀閘，更換目前運(yùn)行中的2臺(tái)發(fā)電機(jī)出口隔離刀閘。

（2）與隔離刀閘相關(guān)銅母排進(jìn)行替換。原有銅母排因受隔刀發(fā)熱影響，銅排老化發(fā)黑，在更換隔刀后，可能影響到設(shè)備通過(guò)載流量，也是發(fā)熱的一大因素，為此，擬對(duì)隔刀上下兩側(cè)相連的銅母排進(jìn)行更換，規(guī)格型號(hào)選用厚度增大5 mm，由原來(lái)鍍銀銅母排 TMY-2（120×10）改用鍍銀銅母排 TMY-2（125×10）。

（3）加強(qiáng)開關(guān)柜內(nèi)部同外部的熱交換，提高通風(fēng)效果。原設(shè)計(jì)開關(guān)柜前后設(shè)置通風(fēng)口太小，致使熱量對(duì)流不出去，內(nèi)部形成了一個(gè)密閉的發(fā)熱空間，熱量在開關(guān)柜本體形成內(nèi)部的惡性循環(huán)，致使運(yùn)行溫度越來(lái)越高，為此，擬在開關(guān)柜隔刀位置兩側(cè)，開關(guān)柜外側(cè)本體上，前后各增加設(shè)置固定式通風(fēng)口，規(guī)格分別為高×寬250 mm×500 mm的2組和高×寬200 mm×550 mm的2組，新增通氣孔同原來(lái)通氣孔形成上下2組，有利于冷空氣從底部進(jìn)入，熱空氣從上部散出，散熱條件改善，將減少設(shè)備發(fā)熱量。為防止小動(dòng)物進(jìn)入，設(shè)置不銹鋼絲網(wǎng)進(jìn)行封閉。

（4）增強(qiáng)室內(nèi)通風(fēng)，加強(qiáng)空氣循環(huán)。由于之前10 kV高壓設(shè)備室僅有一個(gè)自然通風(fēng)孔，依靠空氣的自然循環(huán)進(jìn)行通風(fēng)，效果不理想，室內(nèi)空氣流通較慢，計(jì)劃通過(guò)強(qiáng)迫通風(fēng)，增加1臺(tái)屋頂軸流風(fēng)機(jī)，使熱空氣盡快的散出去。由于電站處于老撾的特殊地理環(huán)境，天氣潮濕且溫度較高，雨季時(shí)間較長(zhǎng)，致使設(shè)備長(zhǎng)期處于高濕度、高溫度的運(yùn)行環(huán)境，這也造成了設(shè)備的溫升加劇，老化嚴(yán)重，影響到設(shè)備本身的使用壽命。在屋頂設(shè)置軸流風(fēng)機(jī)加強(qiáng)空氣流動(dòng)，也將改善高壓開關(guān)室的溫度濕度。

（5）加大對(duì)運(yùn)行人員倒閘操作的培訓(xùn)，提高運(yùn)行人員業(yè)務(wù)能力，準(zhǔn)確無(wú)誤且熟練的進(jìn)行操作，確保隔離刀閘分、合到位，堅(jiān)決杜絕誤操作，

4 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合同類型電站的技改經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)增大隔離刀閘、母線的規(guī)格，提高設(shè)備載流量，是設(shè)備改造的根本性方法。再加上輔助通風(fēng)等附加手段，進(jìn)行更換刀閘和其他調(diào)整后，將有效減少隔離刀閘及相連設(shè)備的發(fā)熱量，增加設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，減少由于設(shè)備發(fā)熱造成的機(jī)組運(yùn)行可能中斷，提高設(shè)備運(yùn)行可靠性指標(biāo)。

在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，特別是系統(tǒng)振蕩導(dǎo)致機(jī)組波動(dòng)后，需加強(qiáng)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況的監(jiān)視，在倒閘操作中，亦需加強(qiáng)對(duì)操作技能的培訓(xùn)，確保隔離刀閘合閘到位，防止由于誤操作引起的設(shè)備故障。