某电站11F发电机中性点汇流母排运行温度较高的分析和处理

某电站 11F发电机中性点汇流母排运行温度较高的分析和处理

李自强

( 宝珠寺水力发电厂 四川广元 628000 ）

【摘要】：某电站11F发电机中性点汇流母排在运行过程出现温度较高的现象，通过对母排发热和散热两方面原因进行分析，制定并实施的多项措施有效降低了汇流母排温度。

【关键词】：发电机 中性点 汇流母排 温度较高 措施

1 概述

某电站11F机组为混流式机组，额定容量175MW，额定电压13.8kV，额定电流8367A，额定功率因数COSΦ=0.875，额定转速136.4转/分，定子接线法为4Y，中性点经消弧线圈接地。

2 问题提出

11F机组发电机绝缘等级为B级，绝缘材料主要是由云母、石棉、玻璃丝经有机胶胶合或浸渍而成，绝缘耐热温度为130℃。机组投产以来，红外成像显示发电机中性点汇流母排连接处、汇流母排、母排支撑固定螺栓的温度在机组运行过程长期处于90至110℃之间，2012年汇流母排支撑固定螺栓温度在机组运行时升高至120℃,2013年汇流母排温度在机组长期高负荷运行时达到130.2℃。

发电机中性点汇流母排温度升高，将使绝缘老化，对机组稳定运行构成严重的安全隐患。因此要查明温度升高原因，并采取措施消除隐患。

3 温度升高原因分析

在没有外来热源情况下，设备温度升高系发热引起。根据导体发热公式Q=I²Rt，发电机中性点母排发热原因可从电阻和电流增大进行分析，兼顾考虑发热量聚集后热量的散发。

3.1 母排电流密度变大导致温度上升

发电机11F中性点采用4Y星型接法，经消弧线圈接地，汇流母排横截面为4×125×15mm²。发电机正常运行时，每相电流趋于均衡，中性点流过三相电流矢量和，母排电流密度为1.1156A/mm² 。在对11F中性点电流进行分析时，发现定子引出线一相电流高于另两相电流，三相电流存在不平衡现象，如果机组带高负荷运行，导致部分母排电流密度较大，发热量增加，温度升高。

3.2 汇流母排连接处电阻增大

11F发电机中性点母排采用4根紫铜排，连接处用螺栓紧固，接触面为镀锡工艺。由于铜的导电性优于锡，母排的导电性优于连接处，连接面接触电阻较大，如果检修加工和镀锡工艺存在问题，连接处电阻进一步变大，机组运行时该处发热量增加，温度会明显升高。加之在母排连接处采用了绝缘皮进行包扎，不利于热量发散，温度进一步升高。通过对长期测温所得的数据进行分析，汇流母排连接处的温度高于母排条5-10℃。

3.3 机组气隙不均衡增大中性点母排电流

机组定转子空气间隙改变会导致磁路磁阻变化，各个磁极建立的磁场强度发生偏差，相之间或支路之间的电势会不平衡，从而产生不平衡电流。

对机组进行大修时发现：转子圆度不合格，定子上、下环中心偏差偏大，且与机组安装中心也存在较大偏差。这些因素导致发电机气隙不合格，磁场不平衡，从而会在中性点流过不平衡电流。

3.4 母排散热效果不理想

11F机组中性点位于电缆夹层的夹角处，上部空间狭窄，没有加装专用的通风设施，中性点处空气流动缓慢，不利于热量散发。夏天气温偏高，加之汛期机组长期高负荷运行，中性点处环境温度常达到30℃以上，母排与环境的温差变小不利于散热，在相同温升时母排温度变高。

3.5 材质原因引起金具温度高

机组中性点汇流母排的固定支撑金具由固定片和螺栓围绕母排连接成环状，并固定于支撑绝缘子。由于铁质材料容易氧化生锈，固定片和螺栓采用了镀锌工艺的铁材质。在长期运行及检修过程中，固定片和螺栓存在磨损情况，镀锌层有不同程度损伤，发生氧化，表面过流不均衡引起发热，同时电流穿过环状金属导体，在上面感应出很小的电势，形成局部小环流，也会导致温度上升。

4 采取的措施及效果

4.1 减小中性点母排电流密度分布

在发电机定子电流不变的情况下，根据公式J=I/S、R=ρL/S、Q=I²Rt（J为电流密度，I为电流，S为面积，L为长度，ρ为导体电阻率，R为电阻，t为时间），增加导体的过流横面积可以减小导体的电流密度、导体电阻和发热量。

发电机中性点汇流母排为4×125×15mm²紫铜母排，双层结构，单层连接如图（1),横向为汇流母排，竖向为引出线母排，连接接触面为3面。要增加汇流母排过流横面积，可以考虑加宽原母排的宽度和增加母排数量。从图（1)看出，要加宽汇流母排可以加长引出线母排或者母排向内侧增加宽度，由于引出线母排不易更换，加之内侧增加宽度会导致母排与电流互感器距离变近，不利于安全运行。要增加汇流母排数量，可以采用在引出线母排上端叠加的方法，如图（2）所示。在增加两个1×125×15mm2母排后，汇流母排横向面积增大为原来的3/2，母排的接触面由3面增加到4面。增加汇流母排数量后母排的电流密度、电阻、发热量均减少为原来的2/3，母排连接面积增加也能改善发热情况。

图（1) 图（2）

11F机组按照叠加母排的方法对中性点母排进行了改造，在投运后电流密度降低为0.74373A/mm²，进行温度跟踪监视发现汇流母排和母排连接接触面的温度有较大的下降，带满负荷长时间（大于2小时）运行时最高温度没有超过110℃。

4.2 更换母排接触涂层材料

通过使用导电性更好的接触面涂层，可以减少接触面电阻，降低接触面温度。在金属系列里，银是优良的导电材料，导电性能优于锡，因其价格相对较高未大量使用。中性点母排接触总面积不大，涂层材料需求量少，通过锡涂层改为银涂层，能换来较好的安全效益。11F机组中性点母排接触面由锡涂层改为银涂层，经过一年测温观察，接触面温度由最高130℃降为100℃左右，降温效果明显。

4.3 调整发电机气隙

11F机组在大修时发现转子圆度不合格，定子中心偏差偏大，定转子间气隙不合格。在对2个转子磁极进行了更换，28个磁极进行了加垫处理后，转子圆度符合要求。对定子进行推中，采用调整机组底环及顶盖中心来调整整个机组的安装中心，机组中性基本重合。经处理转子圆度、调整定子中心后，测量定转子气隙大小符合标准要求。从实际运行检测得出，气隙间隔的改变对减小中性点不平衡电流有一定的改善作用。

4.4 改善中性点通风效果

在环境温度高、机组负荷重的情况下，可采用加快空气流动的措施来降低发电机中性点温度。通过在11F机组中性点处加装两台90W的临时风扇对母排进行吹风，开启厂房送风、排风系统加快空气流动，母排温度下降20℃左右，明显改变了温升情况。

4.5 更换母排固定金具材质

在机组检修期间，将发电机中性点母排固定片和螺栓更换为不锈钢材质。更换后监视固定金具温度维持在100℃左右。

4.6 加强运行监视和分析

加强设备的运行监视和分析，也是应对中性点温度升高的重要措施。运行人员对11F机组运行情况进行了全面监视，测试机组不同运行状态时机组中性点温度，气温高和负荷重时增加测温次数；定期测试机组振摆数据并同步记录机组温度、负荷数据；监盘人员对机组电流变化进行记录。由于具备详细的设备监控资料，运行人员能够对定子电流变化进行比对，分析负荷、不平衡电流、温度之间的关系。在中性点温度较高时采取负荷调整、加装临时风扇等措施，避免温度超过规定极限造成中性点母排绝缘损坏。

5 结论

某电站11F机组中性点汇流母排在采取减小电流密度、增大接触面积、加强散热等多项措施后，机组带负荷运行时中性点汇流母排各部温度稳定在80-100℃间，表明措施可行。11F机组中性点汇流母排采取的部分措施被应用到电站其余机组后，同样获得了较好的降温效果。

【参考文献】：

[1] 许实章.电机学.机械工业出版社，1981.

[2]万书亭 何玉灵 唐贵基 李永刚.发电机气隙偏心时定子并联支路的环流特性分析,高电压技术,2010,第6期.