發電機出口隔離開關外殼密封壓環發熱異常分析及處理

吳采雨

(華電四川寶珠寺水力發電廠，四川 廣元，628003)

1 引言

寶珠寺電站13F機組發電機出口隔離開關G13改造更換后，在機組滿負荷運行狀況下開展一次設備紅外成像測溫工作，發現13F機組發電機出口隔離開關外殼與封閉母線橡膠套管連接處密封壓環溫度異常。

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

2 發熱原因分析及對策

2.1 發熱情況調查

2020年6月，寶珠寺電站13F發電機檢修過程中，對13F發電機出口隔離開關G13進行改造更換，更換后對13F發電機出口隔離開關及封閉母線進行電氣預防性試驗，試驗數據均合格。

2020年7月4日13F發電機檢修結束，并網送電成功。2020年7月8日，對電站一次設備進行紅外成像，發現13F發電機出口隔離刀閘G13外殼與封閉母線橡膠套管連接處密封壓環溫度偏高：A相70.8℃；B相74.7℃；C相71.6℃(機組負荷150MWh)。發電機出口隔離開關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為發電機出口隔離開關本體溫度顯示。

圖1 13F發電機出口隔離開關外殼紅外成像熱圖

圖2 隔離開關本體溫度顯示

2.2 發熱原因分析

發電機出口隔離開關G13更換后，G13外殼與封閉母線橡膠套管連接處密封壓環材料為鍍鋅鋼材，屬于導磁材料。由于發電機出口引線通電后具有交變、大電流的特點，所以在其周圍出現強大的交變電磁場，使壓環中產生很大的渦流損耗，因此壓環發熱，并且壓環一圈無斷開點，存在環流的狀況，使得發熱更嚴重。圖3為出口隔離開關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

根據畢奧-薩伐爾定律，位于距離通電導體r點處的磁感應強度

(1)

式中：μ為壓環磁導率；H為磁場強度；I為導體電流。

根據相關規范規定，渦流損耗功率為：

PW=kwf2Bm2V

(2)

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

發電機額定功率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，壓環上會產生很大的渦流發熱。壓環直徑980mm，寬30mm，厚度10mm，體積為9.24×10-4m3，壓環與導體之間的距離為0.3m，頻率為50Hz，kw為1.75×10-8，鐵質材料磁導率μ約為9000，則壓環渦流損耗約為：

以上計算只計算單相壓環的發熱量，忽略相與相之間相互作用的磁場。從計算結果能夠看出，由于壓環為鐵質導磁材料，且壓環形成閉合回路，所以渦流損耗非常大，導致壓環發熱嚴重。若不及時處理，長期發熱會導致橡膠套管加速劣化、絕緣性能下降，甚至引起火災。

2.3 發熱處理

由于不能立即停機處理故障，對該位置采取紅外跟蹤監視。在7月9日至7月20日連續跟蹤紅外成像監測壓環溫度，監測數據見表1。

表1 G13外殼與封閉母線橡膠套管連接處密封壓環紅外成像溫度監測

在連續紅外成像測溫監測過程中，發現該位置溫度與13F機組所帶負荷和運行時長有關，且均比其他部位溫度高。

在7月23日凌晨對部分壓環進行更換，更換材質為不導磁的鋁合金材料，且分為四瓣安裝，消除環流通路。圖5為發電機出口隔離開關密封壓環更換后的現場照片。

圖5 發電機出口隔離開關G13密封壓環更換后現場照片

2.4 效果檢查

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

圖6 發電機出口隔離開關G13密封壓環更換后紅外成像熱圖

3 結語

發熱、溫升異常現象等安全隱患，是發電機組各附屬設備常見的缺陷之一。因此，在日常維護和巡回時，應嚴格按照規程規范，做好設備的定期檢查，及時發現問題，消除安全隱患，保證設備的穩定運行。