火力发电厂封闭母线积水问题分析及解决

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  [摘 要]随着雨季的到来,有些发电厂出现封闭母线积水的现象,导致母线绝缘强度下降,保护动作,危机机组的安全运行,甚至引发跳机事故。本文主要对封闭母线的用途、特点及封闭母线积水引发的跳机事故进行了分析,查找解决方案,为实际应用提供解决方案。
  [关键词]封闭母线;积水;跳机;改造
  中图分类号:TM853 文献标识码:C 文章编号:1009-914X(2014)31-0023-02
  [Abstract]with the arrival of the rainy season,some power plant?closed bus phenomenon of water,causing the decline,the insulation strength of bus protection action,safety crisis unit,and even lead to tripping accident.In this paper,the use of closed bus characteristics and enclosed bus jumping machine accident caused by water accumulation is analyzed,find solutions,providing solutions for practical application.
  [Key words]Enclosed Busbar water jump machine
  随着大容量发电机组的广泛使用,离相封闭母线在电厂中的应用也越来越普及。离相封闭母线以安全、可靠、安装维护方便等优点获得好评。但是由于各种原因造成母线内部积水,大大降低其绝缘水平及可靠性,直接危及到发电机组的安全运行,甚至造成跳机事故。因此如何采取有效措施防止离相封闭母线内部积水,是保证离相封闭母线安全可靠使用急需解决的问题。
  一、封闭母线的用途及特点
  封闭母线包括离相封闭母线、共箱(含共箱隔相)封闭母线和电缆母线,广泛用于发电厂、变电所、工业和民用电源的引线。
  (一)、离相封闭母线
  1.1 用途
  离相封闭母线是广泛应用于50MW及以上发电机引出线回路及厂用分支回路的一种大电流传输装置。
  1.2 特点
  离相封闭母线导体和外壳均采用铝板卷制焊接而成具有以下特点:
  1、减少接地故障避免相间短路离相封闭母线因有外壳保护可消除外界潮气灰尘以及外物引起的接地故障母线采用分相封闭也杜绝相间短路的发生;
  2、消除钢结构发热离相封闭母线采用外壳屏蔽可从根本上解决钢结构感应发热的问题;
  3、减少相间短路电动力由于外壳上涡流和环流的双重屏蔽作用使相间导体所受的短路电动力大为降低;
  4、提高运行的安全可靠性该厂的盆式绝缘子采用SMC压制而成母线封闭后从而防止绝缘子结露同时采用测氢和测温等装置其测量信号可就地显示或传至DCS系统提高运行的安全可靠性母线封闭后也为采用通风冷却创造了条件;
  5、封闭母线由工厂成套生产质量有保证运行维护工作量小施工安装简便而且不需设置网栏简化了对土建的要求;
  6、外壳在同一相内包括分支回路采用电气全连式并采用多点接地使外壳基本处于等电位接地方式大为简化并杜绝人身触电危险。
  (二)、共箱封闭母线
  2.1 用途
  共箱封闭母线包括不隔相共箱封闭母线隔相共箱封闭母线及交直流励磁共箱母线广泛用于100MW以下发电机引出线与主变压器低压侧之间或75MW及以上机组厂用变压器低压侧与高压配电装置之间的电流传输共箱封闭母线也可用于发电机交直流励磁回路,变电所所用电引入母线或其它工业民用设施的电源引线。
  2.2 特点
  共箱封闭母线导体采用铜铝母排或槽铝槽铜结构紧凑安装方便运行维护工作量小,防护等级为IP54?可基本消除外界潮气灰尘以及外物引起的接地故障.外壳采用铝板制成,防腐性能良好,并且避免了钢制外壳所引起的附加涡流损耗,外壳电气全部连通并多点接地,杜绝人身触电危险并且不需设置网栏简化了对土建的要求根据用户需要可在母排上套热缩套管在箱体内安装加热器及呼吸器等以加强绝缘分相封闭母线在大型发电厂中的使用范围为:从发电机出线端子开始,到主变压器低压侧引出端子的主回路母线,自主问路母线引出至厂用高压变压器和电压互感器、避雷器等设备柜的各分支线。
  (三)、分相封闭母线主要用于大型发电机组,对200MW及以上发电机引出线回路中采用分相封闭母线的目的是:
  1、减少接地故障,避免相间短路。大容量发电机出口的短路电流很大,给断路器的制造带来极大困难,发电机也承受不了出口短路的冲击。封闭母线因有外壳保护,可基本消除外界潮气。灰尘以及外物引起的接地故障,提高发电机运行的连续性。母线需要分相封闭,也基本杜绝相间短路的发生;
  2、消除钢构发热。敝漏的大电流母线使得周围钢构和钢筋在电磁感应下产生涡流和环流,发热温度高、损耗大,降低构筑物强度。封闭母线采用外壳屏蔽可以根本上解决钢构感应发热问题;
  3、减少相间短路电动力。当发生短路很大的短路电流流过母线时,由于外壳的屏蔽作用,使相间导体所受的短路电动力大为降低;
  4、母线封闭后,便有可能采用微正压运行方式,防止绝缘子结露,提高运行安全可靠性,为母线采用通风冷却方式创造了条件;
  5、封闭母线由工厂成套生产,质量较有保证,运行维护工作量小,施工安装简便,而且不需设置网栏,简化了结构,也简化了对土建结构的要求;
  (四)、在200MW及以上发电机引出线回路中,采用分相封闭母线的优点是:由于母线封闭在外壳内,不受环境和污秽影响,防止相间短路和消除外界潮气、灰尘引起的接地故障,同时由于外壳多点接地,保证人触及时的安全;由于外壳涡流和环流的屏蔽作用,使壳内的磁场大为减弱,外部短路时,母线间的电动力大大降低;当电流通过母线时,外壳感应出来的环流也屏蔽了壳外磁场,解决了附近钢构的发热问题;外壳可作为强制冷却的通道,提高了母线的载流量;安装维护工作量小。不过也有些缺点,主要是:由于环流和涡流的存在,外壳将产生损耗;有色金属消耗量大;母线散热条件差。   分相封闭母线按外壳电气连接方式的不同,可分为:分段绝缘式、全连式和带限流电抗器的全连式共三种。其中第三种在我国尚未采用。
  二、封闭母线积水引发的跳机事故
  XX电厂2#机组跳闸
  (一)、事故经过
  1.1 运行方式:1#、2#机组运行,220KVⅠ、Ⅱ母、母联运行。2#机组有功116MW,主汽压力11.46Mpa,主汽温度535度,真空-75kpa。
  1.2 事故现象:2014年1月30日11:08分,2#机组发出“发电机定子接地”保护动作信号,2号发变组开关、发电机灭磁开关跳闸;6KV厂用电自动切换;发变组保护A柜及B柜出口信号灯亮,保护装置显示“发电机3U0定子接地”信号,汽机跳闸,锅炉安全门动作,MFT保护动作。
  (二)、事故原因:
  2.1 事故发生后经过检查发现,2#机高厂变高压侧A、B、C三相封闭母线盆式绝缘子上部积水,超过盆式绝缘子格栅沟道, A、B两相分别放电接地(封闭母线外壳),造成发电机定子接地保护动作跳闸。
  2.2 2#机高厂变高压侧A、B、C三相封闭母线盆式绝缘子上部积水原因:一方面是由于封闭母线采用微正压充气装置对母线进行充气,使母线内部保持微正压,而室内微正压装置对母线的充气温度达到30℃左右,甚至更高,气体在流通到室外段母线时遇到温度较低的封闭母线外壳后在内壁产生结露;其次,封闭母线存在密封不严,使外部冷空气和内部空气直接接触,造成结露,最终导致封闭母线内壁结露量增加;而2#机高厂变高压侧A、B、C三相封闭母线是立式布置,积露的水顺母线壁流至盆式绝缘子上部。另一方面2#机高厂变高压侧A、B、C三相封闭母线盆式绝缘子上部20厘米处布置两组电流互感器和去主变低压侧的母排,电流互感器和母排是热源,周围的空气比封闭母线外壳温度高,也使封闭母线外壳内壁结露,顺壁流至盆式绝缘子上部,而封闭母线外壳上的排水阀最低部比盆式绝缘子上部高,水不能排出,不能排出的水到了一定的高度,使母线外壳与母线导通,造成接地短路。
  2.3 由于封闭母线存在密封不严的情况,导致微正压装置起动频繁(5分钟一次),从而使充入母线内的热空气干燥程度降低。高厂变高压侧A、B、C三相封闭母线是自西向东排列,而本地区冬季多西风、西北风,所以A相结露积水最为严重,B相次之,C相最少。
  (三)、事故处理
  3.1 锅炉:复位锅炉MFT保护动作信号,锅炉投入给煤维持床温,调整气温在正常值。
  3.2 汽机:检查润滑油泵联启正常,确认主汽门、调门关闭,切换轴封、除氧器汽源,投入旁路运行,维持各水箱水位正常,复位各跳闸信号,汽机挂闸维持500r转速。
  3.3 电气:检查跳闸开关三相均已断开,厂用电切换正常,复归各动作开关位置,查看保护装置动作记录,检查发变组外部系统无明显异常,测量发电机定子对地绝缘合格。
  (四)、暴露出的问题
  4.1 隐患排查不到位。没有及时发现封闭母线结露问题,安装的排水口比盆式绝缘子高,使凝结的水不能及时排出。
  4.2 没有及时发现微正压装置运行状态有可能对封闭母线的安全运行造成威胁。在机组多次的检修或停运时没有对封闭母线的结露或进水情况进行有效的检查。没有做到及时发现超前控制。
  4.3 对与主设备相关的附属设备重视程度不够。
  (五)、事故发生后的防范措施:
  事故发生后XX电厂采取投入#1机、停用#2机微正压装置观察封母结露情况,在试验期间要定期检查结露情况,期间必须对结露情况进行有效监控,防止事故的发生。
  5.1 运行部
  1、运行人员定期查看并记录发变组保护柜、发变组故障录波器和DCS发电机零序电压、机端电压参数,每1次/时。如果DCS系统、故障录波器有告警信号,应及时查看确认,做好停机处理预防措施。
  2、运行人员定期巡查空压机、微正压装置工作状况,要仔细巡查微正压装置各管路,确保微正压装置向母线充气正常,记录运行各参数。
  3、运行人员要监视母线温度,定期巡查母线运行情况,遇有异常天气要加强巡检。
  4、每次机组并网前1小时,打开封闭母线排汽阀进行排汽,启动正常后关闭排汽阀。
  5、发现问题及时通知生产技术部、设备维护部相关专业人员。
  5.2 设备维护部:
  1、电气点检员定期查看并记录发变组保护柜、发变组故障录波器和DCS发电机零序电压、机端电压参数,2次/天(上午11点、下午15点)。如果DCS系统、故障录波器有告警信号,应及时检查确认,采取有效措施。
  2.、电气点检员定期点检空压机、微正压装置工作状况,要仔细巡查微正压装置各管路,确保微正压装置向母线充气正常,记录运行各参数。做好备品备件定额工作,尽快更换高分子筛干燥剂,及时维护保养微正压系统设备。
  3、电气点检员要注意母线温度变化,定期点检母线运行情况,遇有异常天气要加强点检,2次/天。
  4、设备维护部定期组织查看2#高厂变处母线运行情况。
  5、设备维护部制定定期维护保养工作标准,做好维护所需的工器具工作。
  6、生产技术部现场查看,能否将仪用气源接入封闭母线内;若能接入,制定接入方案,经公司审核批准后设备维护部组织实施。
  (六)、事故发生后的改造方案
  经过与某同等级电厂高厂变封闭母线对比,该厂高厂变的封闭母线在出厂设计时扩径,且电流互感器布置在封闭母线内,是积水的主要原因,因为电流互感器和母线是热源,封闭母线内空气温度比外界高,在封闭母线内不能形成对流(因为水平侧母线是冷段),热量散不出去,集聚在高厂变高压侧封闭母线内,遇到冷空气凝结在封闭母线外壳内壁和电流互感器上,形成水珠顺壁流至盆式绝缘子上部沟道;另外高厂变高压侧装电流互感器处母线直径比上部的母线大,导致部分凝结水不能完全沿外壳内壁流下而直接滴落到电流互感器上和盘式绝缘子上部内侧。   另外在盘式绝缘子外圈需加装集水槽,避免进入盘式绝缘子内,能有效排水。因此通过和厂家两方研究决定方案如下:
  方案一:
  1、更换装有CT的厂变分支回路母线段;CT部分母线段不扩大直径,与正常分支母线直径保持一致;
  2、将密封盘式绝缘子设置到CT上部,在CT之前完成母线密封;
  3、在盘式绝缘子与母线外壳连接部位内部设置专用放水槽,外部设观察窗及放水阀;
  4、CT部分设计成可拆结构,设置专用检修及拆卸CT用的检修法兰孔;
  方案二:
  1、更换装有CT的厂变分支回路母线段;CT部分母线段不扩大直径,与正常分支母线直径保持一致;
  2、将密封盘式绝缘子设置到CT上部,在CT之前完成母线密封;
  3、在盘式绝缘子与母线外壳连接部位内部设置专用放水槽,外部设观察窗及放水阀;
  4、CT部分设计成可拆结构,设置专用检修及拆卸CT用的检修法兰孔;
  5、更换空压机气源为厂用仪用气源,更换原微正压装置干燥罐内的干燥剂;
  6、加装一套气体加热装置,对吹入母线的气体进行加热处理,尤其是每次停机重启之前,启动微正压及加热装置对母线内部充气并将各回路母线端部的放水阀打开,可有效地将母线内部潮气排出,高温气体还能将凝结水蒸发排出母线。
  通过以上方案,彻底解决封闭母线内积水现象,保证机组安全稳定运行。方案一:仅仅针对封闭母线及CT段进行处理,解决积水问题及积水后能有效排水,没有从气源及干燥方面考虑。方案二:除了对封闭母线及CT进行处理,解决积水问题及积水后能有效排水问题,还全面考虑气源及干燥问题,这样使用厂仪用气源不仅气源质量有了提升,还可直接停用一台7.5KW的空气压缩机,从而也节约了厂用电。建议使用方案二。
  三、结语:通过该电厂此次跳机事件来看,封闭母线积水已经不只是沿海城市发电厂中存在的问题,各电厂应将封闭母线运行情况排查纳入日常工作中,仔细检查是否安装盆式绝缘子,凝露或进水是否能够排出,如果不能排出,应及时采取有效措施,防止发电机接地事故的发生 ,并利用机组检修或停机机会检查封闭母线结露或进水情况,发现有结露或进水痕迹要查找原因采取相应的措施。
  参考文献
  [1] 热工学.高等教育出版社,1984
  [2] 大电流母线的理论基础与设计.水利电力出版社,1985
  [3] 火电厂电气设备启动调试.中国电力出版社,,1992
  作者简介
  张男(1981--)女,辽宁新民人,上湾热电厂生产技术部主管。
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