发电机出口母排发热原因分析与处理

发电机出口母排发热原因分析与处理【摘要】发电机母排发热是电厂日常运行时比较常的问题，导致发电机需要进行减负荷甚至停机停电，设备无法持续运行，严重的还会导致设备烧毁，甚至引发爆炸，威胁人员人身安全的后果，由此可见，关于发电机出口母排热的问题必须因其相关人员的高度重视。本文结合笔者的实践与研究，先对发电机出口母排局部发热的原因展开分析，结合相关数据进行验证，找出根本的影响因素，进而提出解决发电机母排局部过热问题的措施，将其应用在实践中并发挥应有的作用。关键词：发电机、母排、局部过热、措施一、概况下桥电厂安装有2台发电机，型号为SF25-30/550,额定功率于电压分别为25MW与10.5kV，额定电流为1718.3A，发电机出口采用双母排，尺寸为100*7mm。自2005年建厂发电以来，下桥电厂#2发电机出口母排就存在温度过高问题，多次处理后仍然没有明显改善。而发电机出口母排发热有如下危害：1.增加运行人员巡视检查和监盘的工作量。2.洪水季来临，发电机出口母排温度过高需要紧急处理增加运营成本。3.发电机出口母排温度过高会影响机组安全稳定运行，严重者甚至危及人身安全。综上所述为消除以上存在问题及危害因素、减少对设备运行维护的工作量，使其更稳定安全地应用，降低#2发电机出口母排温度迫在眉睫。

为找出#2发电机母排发热真正原因，我们对#2发电机母排前8个月的三相温度记录如下（见图1）。母排改造前三相温度室温38C49C61C79C81C85C90C101C15C20C26C30C31C32C34C34C室温38C49C61C79C81C85C90C101C15C20C26C30C31C32C34C34C二、原因分析在趋肤效应的影响下，导体中交流电或交变电磁场中会出现电流分布不均匀的情况，这时的电流在导体中集中，即导体表面的薄层集中，若离导体表面越近，那么对应的密度也就越大，内部真正存在的电流较小，这就会使得导体电阻增加，功率损耗也会增加。在霍尔效应影响下，电流与外磁场垂直且通过半导体，于是截流子偏转，这时又与磁场与电流方向垂直，形成一附加电场，半导体两端就会形成电势差。以焦耳定律为参照，在经导体产生热量后与电流平方以及导体电阻、通电时间成正比，而在电力系统中，导电回路金属导体均有电阻的存在，一旦有电流经过，则出现一部分电能热损耗在电阻上消耗。若是均匀导体，则有局部拉长、表面腐蚀以及受力不均匀的情况，这样局部的电阻将增大，发热的功率也会随之增加。导电回路上有各种连接件，在接头上有接触不良的情况，也会使得电阻增大，发电功率相应增加，温度也升高，进一步导致接触的电阻增大。以电磁学的理论为基础，每相母线交流电流在周围空间会有磁场形成，遵循正弦规律变化，若封闭母线为铝制，外壳会感应电势，再加上全连式分相封闭母线三相间连接两端的短路形成回路，所以封闭母线外壳就会有感应电流产生，在该电流较大时产生的磁场会与母线交流电流形成的磁场相互抵消。也就是说，感应电流大小实际上和发电机负荷的电流相同，若纵向流过封闭母线的外壳就会导致其发生，所以对封闭母线来说，如果发电机负荷电流增大，那么其发热的程序将会越来越严重。如果封闭母线外壳连接的是局部区域，部分出现发热的情况这时的热量就与流过的电流平方以及电阻的大小相关，且成正比关系，也就是说电阻在较大的情况下，电流密度高，那么发热程度越严重。若某一个连接位置的温度较高，接触面将有比较强烈的氧化情况，在接触电阻增大的情况下，温度也会升高，接触点将出现松动甚至烧熔的问题。另外，因为每相封闭母线外壳上感应电流磁场及母线电流磁场不会完全抵消，因此会有漏磁通的问题，那么就会在其他外壳上有涡流，导致封闭母线外壳发热，但这个漏磁通一般不大，所以最终引发的发热情况通常不会很严重。根据现场发电机出口母排部件、结合运行痕迹确定设备运行存在的问题缺陷同时进行详细比对分析，确定发电机母排发热主要原因如下：（1）母排发热是由于连接方式不同造成电阻连接位置大小不同。在连接封闭母线的两侧及外壳两侧的过程中通常会使用到压紧垫片和螺栓、压紧垫片和短路条以及短路条、封闭母线外壳，这就会出现接触电阻，如果其对应的阻值明显比封闭母线外壳其他位置铝材电阻更大，那么就会导致负荷开关外壳和封闭母线外壳连接的位置过度发热，且明显高于其他的位置。电阻值尽管可以确保在一定程度上在经过压紧垫片等过程中有所降低，但若要达到完全消除的标准几乎是不可能的。（2）母排连接处搭接量长度会影响电阻大小。母排是承载电流的导体，这就决定了在有电流通过的过程中必然会产生作用力。搭接量越长，电阻也就越大就越容易引起母排发热。（3）螺杆直径与螺孔配合过松造成磁阻增加。发电机运行后发生自身的震动，长时间震动导致螺栓松动。螺栓松动导致接触面接触不良，接触面发生强烈氧化使接触电阻增大，温度进一步上升致接触面处温度异常升高，进入发热－氧化－加倍发热的恶性循环，最终导致局部螺栓松动或烧熔。（4）发电机出口母排螺杆使用不合理。使用的螺杆螺帽非不锈钢材料易锈并带有磁性，与母排之间存在间隙，使三相电流不平衡产生涡流，导致机组运行中会使发电机出口母排温度升高。三、缺陷处理1.使用符合规范要求的非磁性螺杆螺帽。母线与母线或者和电器连接端的螺栓搭接面的安装，要使其满足以下的要求：（1）完成母线接触的加工工作后必须进行清洁工作，为其涂上复合脂。（2）在平置母线时，进行贯穿螺栓要遵循从下到上的原则，其他情况下要将螺母放置在维护端，长度保持在露出螺母位置的2-3扣上。（3）贯穿螺栓连接达到母线外两侧均应有平垫圈，相邻螺栓垫间应有3mm以上的净距，螺母侧应装有弹簧垫圈或锁紧螺母。（4）要确保螺栓受力的均匀程度，绝不能让电器连接端被额外的外应力所影响，且在紧固力矩上也要与相关的标准相符。⑸母线接头螺孔的直径要确保超出螺栓直径lmm；钻孔垂直，避免歪斜的情况，螺孔之间中心距离的误差为确保在0.5mm以内。2.在三相母排之间加装打磨后呈90°角的铝板垫片，减少母排之间的间隙。（1）观察发热最严重的铝母线接头，发现接头处的热缩材料严重烧毁，铝母线发黑。用力矩扳手检查紧圆螺栓（M12）的紧固力，4个螺栓的力矩均达到40N.M。用塞尺检查搭接面的搭接情况；有三面0.05塞尺能塞进，塞进最深处达16mm。拆开紧固螺栓，发现搭接面的两面均有凹凸的情况。分析认为该处发热故障是因施工时搭接面的平整度处理未达到要求原因造成的；（2）又观察发热次重的铝母线接头，发现接头处同样发黑。用塞尺检查搭接面的搭接情况，有两面0.05塞尺能塞进，塞进最深处达19mm.用力矩扳手检查紧固螺栓（M12）的紧固力，有2个螺栓的力矩未能达到40N.M。拆开紧固螺栓。未发现搭接面有凹凸的情况。分析认为该处的发热故障是因紧固螺栓紧固力未达到要求造成的。（3）母线接触面应涂电力复合脂。四、实际成效改造后，运行人员每天测量#2发电机出口母排的温度，#2发电机出口母排温度无上升，#2发电机出口母排运行效果良好。经过近一年运行观察，#2发电机出口母排三相温度稳定在55°C左右，#2发电机出口母排三相温度随着开机时间增加而升高现象得到明显改善，由原先连续运行7天温度达到90C，下降为运行7天温度达到55C，极大降低运行成本。本次改造满足了设备运行设计要求，提高了机组运行稳定性，减少了运行维护人员的工作量，为机组安全经济发电提供了可靠有力的保障。五、结论随着我国经济的快速发展，社会用电量不断增加，设备负荷逐步加重，用户对供电可靠性要求提高，发电机的发热缺陷在电气设备缺陷管理中成为一个越来越突出的问题。因此，充分了解发电机在发电过程中发热的原因、危害，采取有效的应对措施解决或降低发热缺陷的产生，可以避免许多电力事故发生，保证人民生活和社会生产对电力的需求。参考文献：[1]《1l0kV-500kV送变电工程质量检验及评定标准》[S]Q/CSC10017