發(fā)電機出口隔離開關(guān)外殼密封壓環(huán)發(fā)熱異常分析及處理

吳采雨

(華電四川寶珠寺水力發(fā)電廠，四川 廣元，628003)

1 引言

寶珠寺電站13F機組發(fā)電機出口隔離開關(guān)G13改造更換后，在機組滿負(fù)荷運行狀況下開展一次設(shè)備紅外成像測溫工作，發(fā)現(xiàn)13F機組發(fā)電機出口隔離開關(guān)外殼與封閉母線橡膠套管連接處密封壓環(huán)溫度異常。

本文主要闡述發(fā)電機出口隔離開關(guān)外殼與封閉母線橡膠套管連接處密封壓環(huán)溫度異常檢查、紅外成像問題跟蹤、分析、處理，并結(jié)合處理情況，提出了一些防范措施。

2 發(fā)熱原因分析及對策

2.1 發(fā)熱情況調(diào)查

2020年6月，寶珠寺電站13F發(fā)電機檢修過程中，對13F發(fā)電機出口隔離開關(guān)G13進(jìn)行改造更換，更換后對13F發(fā)電機出口隔離開關(guān)及封閉母線進(jìn)行電氣預(yù)防性試驗，試驗數(shù)據(jù)均合格。

2020年7月4日13F發(fā)電機檢修結(jié)束，并網(wǎng)送電成功。2020年7月8日，對電站一次設(shè)備進(jìn)行紅外成像，發(fā)現(xiàn)13F發(fā)電機出口隔離刀閘G13外殼與封閉母線橡膠套管連接處密封壓環(huán)溫度偏高：A相70.8℃；B相74.7℃；C相71.6℃(機組負(fù)荷150MWh)。發(fā)電機出口隔離開關(guān)本體紅外測溫裝置顯示最高溫度為70.2℃。圖1為紅外成像熱圖；圖2為發(fā)電機出口隔離開關(guān)本體溫度顯示。

圖1 13F發(fā)電機出口隔離開關(guān)外殼紅外成像熱圖

圖2 隔離開關(guān)本體溫度顯示

2.2 發(fā)熱原因分析

發(fā)電機出口隔離開關(guān)G13更換后，G13外殼與封閉母線橡膠套管連接處密封壓環(huán)材料為鍍鋅鋼材，屬于導(dǎo)磁材料。由于發(fā)電機出口引線通電后具有交變、大電流的特點，所以在其周圍出現(xiàn)強大的交變電磁場，使壓環(huán)中產(chǎn)生很大的渦流損耗，因此壓環(huán)發(fā)熱，并且壓環(huán)一圈無斷開點，存在環(huán)流的狀況，使得發(fā)熱更嚴(yán)重。圖3為出口隔離開關(guān)G13成套裝置本體部分，圖4為G13外殼與封閉母線連接部分。

圖3 出口隔離開關(guān)G13成套裝置本體部分

圖4 G13外殼與封閉母線連接部分

根據(jù)畢奧-薩伐爾定律，位于距離通電導(dǎo)體r點處的磁感應(yīng)強度

(1)

式中：μ為壓環(huán)磁導(dǎo)率；H為磁場強度；I為導(dǎo)體電流。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，渦流損耗功率為：

PW=kwf2Bm2V

(2)

式中：kw為材料及形狀系數(shù)；f為頻率；Bm為磁感應(yīng)強度的最大值；V為壓環(huán)體積。

發(fā)電機額定功率175MW，額定電壓13.8kV，額定電流8367A，渦流損耗Pw與I2成正比，在此大電流的作用下，壓環(huán)上會產(chǎn)生很大的渦流發(fā)熱。壓環(huán)直徑980mm，寬30mm，厚度10mm，體積為9.24×10-4m3，壓環(huán)與導(dǎo)體之間的距離為0.3m，頻率為50Hz，kw為1.75×10-8，鐵質(zhì)材料磁導(dǎo)率μ約為9000，則壓環(huán)渦流損耗約為：

以上計算只計算單相壓環(huán)的發(fā)熱量，忽略相與相之間相互作用的磁場。從計算結(jié)果能夠看出，由于壓環(huán)為鐵質(zhì)導(dǎo)磁材料，且壓環(huán)形成閉合回路，所以渦流損耗非常大，導(dǎo)致壓環(huán)發(fā)熱嚴(yán)重。若不及時處理，長期發(fā)熱會導(dǎo)致橡膠套管加速劣化、絕緣性能下降，甚至引起火災(zāi)。

2.3 發(fā)熱處理

由于不能立即停機處理故障，對該位置采取紅外跟蹤監(jiān)視。在7月9日至7月20日連續(xù)跟蹤紅外成像監(jiān)測壓環(huán)溫度，監(jiān)測數(shù)據(jù)見表1。

表1 G13外殼與封閉母線橡膠套管連接處密封壓環(huán)紅外成像溫度監(jiān)測

在連續(xù)紅外成像測溫監(jiān)測過程中，發(fā)現(xiàn)該位置溫度與13F機組所帶負(fù)荷和運行時長有關(guān)，且均比其他部位溫度高。

在7月23日凌晨對部分壓環(huán)進(jìn)行更換，更換材質(zhì)為不導(dǎo)磁的鋁合金材料，且分為四瓣安裝，消除環(huán)流通路。圖5為發(fā)電機出口隔離開關(guān)密封壓環(huán)更換后的現(xiàn)場照片。

圖5 發(fā)電機出口隔離開關(guān)G13密封壓環(huán)更換后現(xiàn)場照片

2.4 效果檢查

7月24日在機組130MWh負(fù)荷運行3h后進(jìn)行紅外測溫，測得發(fā)電機出口隔離刀閘G13已更換壓環(huán)溫度均勻，最高溫度為36.8℃。處理效果明顯，及時消除發(fā)電機安全隱患，保證設(shè)備穩(wěn)定運行。并且定期每半月對13F發(fā)電機出口隔離刀閘G13外殼紅外成像測溫。圖6為發(fā)電機出口隔離開關(guān)密封壓環(huán)更換后的紅外成像熱圖。

圖6 發(fā)電機出口隔離開關(guān)G13密封壓環(huán)更換后紅外成像熱圖

3 結(jié)語

發(fā)熱、溫升異?，F(xiàn)象等安全隱患，是發(fā)電機組各附屬設(shè)備常見的缺陷之一。因此，在日常維護(hù)和巡回時，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)程規(guī)范，做好設(shè)備的定期檢查，及時發(fā)現(xiàn)問題，消除安全隱患，保證設(shè)備的穩(wěn)定運行。