老撾南立水電站發電機出口隔離刀閘技改方案

陳燦輝

（中國水利電力對外有限公司，北京 100120）

0 引言

老撾南立1-2水電站壩址位于老撾萬象市西北辛赫南立大橋上游約50 km處,電站裝機2×50 MW，保證出力38.8 MW，多年平均發電量為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，電站自2010年8月1日正式進入商業運行以來，因老撾電網容量較小，可靠性差。在汛期常發生因電網原因導致機組甩負荷現象，而電網的波動，電流劇烈變化，對電站過電流設備造成沖擊[1]。

10 kV發電機出口隔離刀閘安裝于發電機出口斷路器柜中，位于發電機出口斷路器系統側前端，在主接線系統中是一個電氣回路明顯斷開點，防止運行人員的誤操作，以及機組冷熱備用狀態轉換的作用。

1 存在問題

目前2臺機組出口隔離開關運行溫度較高，特別是在系統電網振蕩后，隔離刀閘溫度升高明顯。

例如：2017-07-28至2017-07-31，1#機組經過3次電網故障沖擊后，發電機出口隔離刀閘溫度上升加快，于2017年8月4日7時30分，1#機組隔刀B相最高運行溫度達128℃，設備觸頭及連接銅母排已經發熱至淺黑色，外層絕緣套受熱脫落，溫度過高已影響到設備可靠運行。經緊急檢修處理，調整動靜觸頭之間的間隙，使兩側接觸面間隙一致；打磨刀口之間由于過流產生的灼傷痕跡，減少接觸電阻；動靜觸頭之間涂以電力復合脂，消除少量間隙造成的接觸電阻過大；檢修后，設備恢復正常工況，運行溫度維持在（60～70）℃。但是，產生了系統振蕩，又導致隔離刀閘發熱溫度超過運行規程指標。隔離刀閘運行溫度記錄見表1。

從表1可以看出，系統發生嚴重故障時，對電站設備沖擊較大，隔離刀閘溫度上升尤為明顯，雖經過檢修處理后，三相運行溫度恢復正常，但再次受到沖擊后，運行溫度又再次上升。

維護人員對隔離刀閘檢修時，發現動、靜觸頭之間出現電弧燒灼，產生部分坑洼現象，這導致接觸電阻進一步增大、發熱加劇。因老撾電網在汛期穩定性差，隔離刀閘溫度異常升高現象尤為突出，已影響汛期發電時設備的可靠運行。

表1 1#發電機出口運行溫度記錄

2 原因分析

2.1 隔離刀閘允許溫升

根據《高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求》（DL/T 593—2006）規定，在空氣中的鍍銀或鍍鎳觸頭，周圍空氣溫度不超過40℃時的溫升為65 K，隔離刀閘工作環境溫度為30℃，折算到觸頭最高運行不得超過95℃。

《南立1-2水電站配電裝置運行規程》規定：環境溫度為25℃時，母線接頭允許運行溫度為70℃，最高不得超過80℃。

2.2 發熱原因

（1）過載電流較大。當機組帶50 MW滿負荷運行時，由于老撾電網穩定性差，在系統發生故障時，機組負荷在（40～60）MW來回振蕩，時間達2 min之久，定子電流在（2587～3771）A波動，造成定子電流起伏變化劇烈，振蕩電流過高，時間較長。根據電熱的熱量計算公式Q=I2Rt，導體發熱與電流和過流電阻成正比。電流增加，發熱量成倍增加。

（2）接觸電阻增大。出口隔離刀閘作為關鍵的過流設備之一，在長期使用和多次操作后，動靜觸頭之間多次分合后，接觸面出現磨損，觸頭，特別是動靜觸頭刀口之間，由于摩擦力較大，導致觸頭鍍銀層脫落，接觸電站進一步增大。在電網沖擊后，由于系統振蕩，電流波動后，致使觸頭接觸面也出現少量電弧灼傷，出現坑洼現象。

由于隔離刀閘已出現溫度過高現象，運維人員進行處理，調節動觸頭與靜出口之間的咬合力，以及對灼傷面進行打磨，接觸動靜觸頭經多次檢修打磨，接觸面鍍銀層部分脫落，致使接觸電阻進一步增大。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熱的惡性循環。接觸電阻增大，隔離刀閘運行溫度上升。

（3）開關合閘不到位，致使動靜觸頭之間結合不緊密。運行人員在倒閘操作過程中的熟練程度也影響到隔離刀閘的工作狀態，分合閘時力量的控制比較重要，過大或過小都可能導致隔離刀閘分合閘位置不到位或者過位，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觸頭的夾緊彈片位置等進行判斷，在實際倒閘操作中，由于運行人員業務能力不熟練，操作不規范，在分合閘過程中，特別是合閘操作結束后，隔離刀閘卻未在完全的合閘狀態，動靜觸頭之間存在間隙或接觸不緊密，接觸電阻增大，運行過程中通過大電流的時候致使發熱嚴重。

（4）系統振蕩，導致設備過電流長時間運行。老撾國內電網分成北部、中一區、中二區、南部4大區域電網，區域內主要采用230 kV和115 kV的線路進行電力調度，區域間只有北部與中一區、中一區與中二區分別有一條230 kV和115 kV的線路相連。下階段實現全國范圍內4大電網的互聯互通，建成聯通老撾全國的500 kV高等級輸變電線路，將是老撾電網急需解決的問題[2]。

由于老撾電網建設相對落后，工業基礎比較薄弱，電力出口至鄰國，電壓等級較低，目前最高電壓等級為230 kV，每年5月便進入雨季，雷雨季節導致線路跳閘現象時有發生。

南立出線電壓等級為115 kV，電力輸送至欣合115 kV變電站及阪東115 kV變電站，雷雨季節恰好是電站滿負荷騰庫容的時候，隔離刀閘帶額定負荷發電，雷雨天氣加上老撾電網相對而言穩定性差，經常導致系統振蕩，短時間不能恢復情況下，設備承受過電流時間較長，電站設備長時間承受系統振蕩，當發熱量大于散熱量，平衡一打破，時間過長，設備觸頭發熱加劇。

（5）設備容量偏小。2016年10月29日和2016年11月1日，分別采用同型號刀閘，對2臺機組隔離刀閘進行了更換，但在經過多次電網沖擊后，同樣出現溫度劇烈升高的現象。電站額定容量為2×50 MW，滿發時額定電流為3234 A左右，汛期超發5%時，機組電流增大至3400 A，接近刀閘額定電流（In=4000 A）的85%，根據生產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行配置，一般配置控制在不超過70%的額定電流。載流量不足、容量偏小、設備發熱。

3 技改方案

3.1 載流量校核

根據廠家可靠性配置建議，按長期承載電流3400 A，不超過70%的額定電流，隔離刀閘應通過的額定電流In=3400 A/0.7=4857 A，選擇GN22-12-5000-63隔離刀閘，額定電流5000 A，在可靠選用標準70%范圍內。

3.2 設備選型及技改措施方案

（1）采用容量大的隔離刀閘更換運行中的發熱嚴重的隔離刀閘。因高壓開關柜內部設備完好，不存在過熱現象，不需要進行更換，但隔離刀閘因發熱嚴重，已影響到系統安全穩定運行，因此建議對隔離刀閘進行整體更換，更換設備涉及到與原有設備的配合，在同其他設備連接過程中，不至于由于更換設備后致使銜接出現配合問題。選用相同安裝尺寸的隔離刀閘，但需要加大動靜觸頭的過流截面積，提高其載流量，從根本上解決發熱問題。尺寸選用額定電流5000 A隔離刀閘，更換目前運行中的2臺發電機出口隔離刀閘。

（2）與隔離刀閘相關銅母排進行替換。原有銅母排因受隔刀發熱影響，銅排老化發黑，在更換隔刀后，可能影響到設備通過載流量，也是發熱的一大因素，為此，擬對隔刀上下兩側相連的銅母排進行更換，規格型號選用厚度增大5 mm，由原來鍍銀銅母排 TMY-2（120×10）改用鍍銀銅母排 TMY-2（125×10）。

（3）加強開關柜內部同外部的熱交換，提高通風效果。原設計開關柜前后設置通風口太小，致使熱量對流不出去，內部形成了一個密閉的發熱空間，熱量在開關柜本體形成內部的惡性循環，致使運行溫度越來越高，為此，擬在開關柜隔刀位置兩側，開關柜外側本體上，前后各增加設置固定式通風口，規格分別為高×寬250 mm×500 mm的2組和高×寬200 mm×550 mm的2組，新增通氣孔同原來通氣孔形成上下2組，有利于冷空氣從底部進入，熱空氣從上部散出，散熱條件改善，將減少設備發熱量。為防止小動物進入，設置不銹鋼絲網進行封閉。

（4）增強室內通風，加強空氣循環。由于之前10 kV高壓設備室僅有一個自然通風孔，依靠空氣的自然循環進行通風，效果不理想，室內空氣流通較慢，計劃通過強迫通風，增加1臺屋頂軸流風機，使熱空氣盡快的散出去。由于電站處于老撾的特殊地理環境，天氣潮濕且溫度較高，雨季時間較長，致使設備長期處于高濕度、高溫度的運行環境，這也造成了設備的溫升加劇，老化嚴重，影響到設備本身的使用壽命。在屋頂設置軸流風機加強空氣流動，也將改善高壓開關室的溫度濕度。

（5）加大對運行人員倒閘操作的培訓，提高運行人員業務能力，準確無誤且熟練的進行操作，確保隔離刀閘分、合到位，堅決杜絕誤操作，

4 結束語

結合同類型電站的技改經驗，通過增大隔離刀閘、母線的規格，提高設備載流量，是設備改造的根本性方法。再加上輔助通風等附加手段，進行更換刀閘和其他調整后，將有效減少隔離刀閘及相連設備的發熱量，增加設備運行的穩定性，減少由于設備發熱造成的機組運行可能中斷，提高設備運行可靠性指標。

在設備運行過程中，特別是系統振蕩導致機組波動后，需加強對設備運行狀況的監視，在倒閘操作中，亦需加強對操作技能的培訓，確保隔離刀閘合閘到位，防止由于誤操作引起的設備故障。