发电机出口隔离开关外壳密封压环发热异常分析及处理

吴采雨

(华电四川宝珠寺水力发电厂，四川 广元，628003)

1 引言

宝珠寺电站13F机组发电机出口隔离开关G13改造更换后，在机组满负荷运行状况下开展一次设备红外成像测温工作，发现13F机组发电机出口隔离开关外壳与封闭母线橡胶套管连接处密封压环温度异常。

本文主要阐述发电机出口隔离开关外壳与封闭母线橡胶套管连接处密封压环温度异常检查、红外成像问题跟踪、分析、处理，并结合处理情况，提出了一些防范措施。

2 发热原因分析及对策

2.1 发热情况调查

2020年6月，宝珠寺电站13F发电机检修过程中，对13F发电机出口隔离开关G13进行改造更换，更换后对13F发电机出口隔离开关及封闭母线进行电气预防性试验，试验数据均合格。

2020年7月4日13F发电机检修结束，并网送电成功。2020年7月8日，对电站一次设备进行红外成像，发现13F发电机出口隔离刀闸G13外壳与封闭母线橡胶套管连接处密封压环温度偏高：A相70.8℃；B相74.7℃；C相71.6℃(机组负荷150MWh)。发电机出口隔离开关本体红外测温装置显示最高温度为70.2℃。图1为红外成像热图；图2为发电机出口隔离开关本体温度显示。

图1 13F发电机出口隔离开关外壳红外成像热图

图2 隔离开关本体温度显示

2.2 发热原因分析

发电机出口隔离开关G13更换后，G13外壳与封闭母线橡胶套管连接处密封压环材料为镀锌钢材，属于导磁材料。由于发电机出口引线通电后具有交变、大电流的特点，所以在其周围出现强大的交变电磁场，使压环中产生很大的涡流损耗，因此压环发热，并且压环一圈无断开点，存在环流的状况，使得发热更严重。图3为出口隔离开关G13成套装置本体部分，图4为G13外壳与封闭母线连接部分。

图3 出口隔离开关G13成套装置本体部分

图4 G13外壳与封闭母线连接部分

根据毕奥-萨伐尔定律，位于距离通电导体r点处的磁感应强度

(1)

式中：μ为压环磁导率；H为磁场强度；I为导体电流。

根据相关规范规定，涡流损耗功率为：

PW=kwf2Bm2V

(2)

式中：kw为材料及形状系数；f为频率；Bm为磁感应强度的最大值；V为压环体积。

发电机额定功率175MW，额定电压13.8kV，额定电流8367A，涡流损耗Pw与I2成正比，在此大电流的作用下，压环上会产生很大的涡流发热。压环直径980mm，宽30mm，厚度10mm，体积为9.24×10-4m3，压环与导体之间的距离为0.3m，频率为50Hz，kw为1.75×10-8，铁质材料磁导率μ约为9000，则压环涡流损耗约为：

以上计算只计算单相压环的发热量，忽略相与相之间相互作用的磁场。从计算结果能够看出，由于压环为铁质导磁材料，且压环形成闭合回路，所以涡流损耗非常大，导致压环发热严重。若不及时处理，长期发热会导致橡胶套管加速劣化、绝缘性能下降，甚至引起火灾。

2.3 发热处理

由于不能立即停机处理故障，对该位置采取红外跟踪监视。在7月9日至7月20日连续跟踪红外成像监测压环温度，监测数据见表1。

表1 G13外壳与封闭母线橡胶套管连接处密封压环红外成像温度监测

在连续红外成像测温监测过程中，发现该位置温度与13F机组所带负荷和运行时长有关，且均比其他部位温度高。

在7月23日凌晨对部分压环进行更换，更换材质为不导磁的铝合金材料，且分为四瓣安装，消除环流通路。图5为发电机出口隔离开关密封压环更换后的现场照片。

图5 发电机出口隔离开关G13密封压环更换后现场照片

2.4 效果检查

7月24日在机组130MWh负荷运行3h后进行红外测温，测得发电机出口隔离刀闸G13已更换压环温度均匀，最高温度为36.8℃。处理效果明显，及时消除发电机安全隐患，保证设备稳定运行。并且定期每半月对13F发电机出口隔离刀闸G13外壳红外成像测温。图6为发电机出口隔离开关密封压环更换后的红外成像热图。

图6 发电机出口隔离开关G13密封压环更换后红外成像热图

3 结语

发热、温升异常现象等安全隐患，是发电机组各附属设备常见的缺陷之一。因此，在日常维护和巡回时，应严格按照规程规范，做好设备的定期检查，及时发现问题，消除安全隐患，保证设备的稳定运行。