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丰满水电站全面治理工程中离相封闭母线设计

2020-01-05王振羽宋明钰薄岩吴强赵卓

粘接 2020年12期

王振羽 宋明钰 薄岩 吴强 赵卓

摘要:根据丰满水电站全面治理(重建)工程的实际情况,介绍了本项目离相封闭母线设计中的主要技术问题,从选型、布置、结构及发电机主出线连接处磁屏蔽、防凝露装置的选型设计等多方面论述了丰满水电站全面治理工程在离相母线上采取的各项技术措施。

关键词:离相封闭母线;G245-Ⅱ空气循环干燥装置;丰满水电站全面治理

中图分类号:TV52

文献标识码:A

文章編号:1001-5922(2020)12-0189-04

0 引言

水电站的全面治理工程是通过新建大坝恢复其原水电站的任务和功能,新建位置则在原大坝下游120m处。电站将新建6台单机20万kW混流式水轮发电机组,保留原三期工程2台14万kW机组,总装机容量达到148万kW-h,届时年均发电量达17.09亿kW,以500kV电压接人吉林电网。经全面治理的丰满水电站仍是东北电网中的一座骨干电站,在供电、体统调频、事故备用方面具有重要作用。丰满水电站全面治理(重建)工程发电机出口电压为15.75kV,设有6台550kV变压器,采用6组发电机一变压器单元接线。

1 封闭母线的选型

1.1 封闭母线的相关定义

封闭母线是用外壳将导体连同绝缘等封闭起来的组合体,根据外壳的材质又分为非金属封闭母线和金属封闭母线。金属封闭母线通常根据封闭的原理、结构、冷却方式和接地方式进行分类,有共箱母线、共箱隔相母线、离相母线、分段绝缘离相母线、全连式离相母线等。尤其是在主变压器进线端和发电机主出现端普遍运用,实现主回路与高压厂分支、励磁分支和PT分支等一次回路传输电能。

1.2 封闭母线的选型

如表1所示根据《水力发电厂机电设计规范》要求机组容量为100MW以上则应采用全连式离相封闭母线。使用全连式离相封闭母线可以消除母线附近钢构(包括混凝土中的钢筋),由于磁感发热情况的产生,不但减轻了导体和绝缘子的机械载荷,还极大程度的减小了母线间的电动力,避免了相间故障发生,即便是绝缘子对地闪络,也不会造成变压器与发电机主回路上相间短路。

2 封闭母线结构与布置特点

2.1 布置特点

各机器设备封闭母线均采用铜编织线软连接从发电机主出线引出,在+199.70层主机房内T接PT柜,穿墙进入发电机电压配电装置室中,接电制动短路开关,在上行进入+205.10层发电机出口断路器室与发电机出口断路器(GCB)连接;经CCB后与主变压器低压侧连接;在GCB发电机侧支接励磁分支到励磁变高压侧;在GCB的主变侧支接厂用分支,连接位于+199.70层发电机电压配电装置室中的高压厂用变压器和电压互感器避雷器柜。详细布置走向见“图1丰满水电站全面治理(重建)工程离相母线断面布置图”。

2.2 封闭母线的结构特点

2.2.1 发电机主出线基坑开孔电磁屏蔽

在进行丰满水电站全面治理(重建)工程的离相封闭母线设计时为防止发电机主出线部位钢构件及基坑混凝土内钢筋发热,特别设计了发电机基坑主出线附近的磁屏蔽板。根据电磁场理论,产生发热的主要原因是带电母线漏磁在临近钢构件上产生涡流,使得钢构件的热损耗功率增加,母线电流越大,温升就越高;构件距母线漏磁点的距离越近,温升就越高,即通过钢构件的交变磁通量越大、钢构件离母线漏磁点的距离越近发热就越严重。本工程发电机主出线与离相母线的连接部位,暴露于基坑中,相当于一节敞露母线。发电机主出线和离相母线接口的钢构件和附近基坑壁混凝土内的钢筋均暴露于该处的电磁场中。屏蔽原理:由于电磁场在导电介质中传播时会衰减,故可以采用一定厚度的金属材料屏蔽母线产生的电磁场,防止电磁场作用在混凝土中的钢筋上,以达到磁屏蔽保护的作用。屏蔽方法:在混凝土上一定范围内敷设一定厚度的金属材料。在本工程中采用非导磁的高导电率的材料——铝板。屏蔽结构的型式:相对于其他屏蔽结构而言(如栅格式结构),板式结构具有加工、安装方便,且屏蔽效果更好。经严格的损耗和温升计算及仿真建模验证.最终确定本工程的发电机主出线基坑墙孔磁屏蔽采用10mm的铝板,用不锈钢膨胀螺栓固定在基坑壁上,其主要目标是为了避免因铝板接触不良问题引起的发热问题,屏蔽铝板间对接满焊连接固定,详见图2发电机主出线基坑墙孔磁屏蔽。

2.2.2 选择C245-Ⅱ型空气循环干燥装置作为母线的防凝露装置

丰满水电站为满足系统调度要求,故将系统调频、备用以及调峰等任务启动时间设置在停机一段时间后迅速启动,主要是为了避免机组启停频繁操作现象的发生。本工程作为水电项目,环境中水气比较丰沛,潮湿,母线大部分布置在地下厂房中,机组停运后,可能发生母线内凝露,降低母线绝缘,影响运行安全。丰满水电站是东北电网中的骨干电站,水电站的安全可靠性运行在系统中占据重要位置,尤其是封闭母线主回路设备和防凝露装置。在工程应用中适用于离相封闭母线的防凝露装置有电加热装置、热风保养装置、微正压装置和空气循环干燥装置等。其中,电加热装置是对绝缘子直接加热除湿,因绝缘子封闭于母线外壳中,此种方法并不能将水气驱除出母线,蒸发的水蒸气依然在母线内,故不常用;热风保养装置是在母线停运再启动前对母线内用热风干燥保养以提高母线绝缘性能,因其不能在母线运行时使用,可作为母线的一种辅助防凝露装置;该装置对母线密封性要求极高,尤其是在母线一段时间运行后造成的密封件老化和检修原因,导致微正压无法母线内部建立。在工程实践中,在运行一段时间后,使用微正压的厂家普遍反映,该装置的效果不理想。空气循环干燥装置作为一种升级换代产品,综合了微正压装置和热风保养装置的有点,以母线内相对湿度为控制指标,主动去除母线内部的潮气,彻底解决了母线的凝露问题。丰满水电站全面治理(重建)工程离相封闭母线最终选用专利产品G245-Ⅱ型封闭母线空气循环干燥装置,作为母线的防凝露装置。装置的控制柜布置在GCB室,在A2,C2段进气,B2段回气,在远端(备连接端)设设置三相连通管,形成闭合循环回路;湿度监测探头装设在回气口附近,通过相对湿度的测量值来控制装置的启停。

2.2.3 合理的母线分段

丰满水电站全面治理(重建)工程,采用地下厂房,空间布置比较紧凑,所以在母线布置走向方面需对运输要求和现场安装重点考虑,尤其是离相母线,避免因为分段不能太长、太短或太过零碎等问题使现场安装焊接工人工作量加重。因此,主回路离相母线根据厂房结构及布局走向被分成了每相8个制造段;励磁分支、厂用分支和PT/LA分支另行单独分段。

3 结语

丰满水电全面治理工程(重建)中离相封闭母线设计,在选料方面一定要严格把关,其设计要求必须满足水电站安全可靠性运行和相关规范要求,避免出现因布置空间狭小使封闭母线布置路径复杂化。选型设计的离相母线具有可靠性高,系统简单便于安装维护,可靠性高的特点。母线整体布置简洁紧凑,布局合理美观大方。充分考虑了发电机主出线与离相母线接口附近基坑的电磁屏蔽问题,采用铝板对基坑发电机主出线孔附近进行了合理的电磁屏蔽,防止了发电机主出线附近基坑壁混凝土中钢筋的发热损耗。选用G245-Ⅱ型封闭母线空气循环干燥装置作为封闭母线的防凝露装置,彻底解决了水电项目母线内易凝露,母线绝缘随凝露降低的问题,提高了电站安全运行的可靠性。

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