潮州供水枢纽西溪电站封闭式高压开关柜母排改造方案

潮州供水枢纽西溪电站封闭式高压开关柜母排改造方案

林建泓

（广东省潮州供水枢纽水力发电中心广东潮州521000）

广东省潮州供水枢纽东溪、西溪电站，装有四台灯泡贯流式机组，其中，西溪电站为2×14MW，东溪电站为2×9MW，电站设计年发电量为20812万kWh。

一、概况

西溪电站主接线采用扩大单元接线形式，即一台主变压器带两台机组。机组出口母线电压为6.3kV，单机额定电流为1426A。两台机组经621和622出口断路器汇流至6.3KV高压母排，再经过602断路器送到西溪2#主变，如图一所示。6.3kV母线各相分别由两块型号为TMY-100×10的铜排并联组成，用穿墙套管及绝缘子连接螺栓固定，竖放布置，敷设在金属铠装开关柜体内部。高压开关柜安装在西溪电站高压开关室内。

二、存在问题

机组运行中，运行人员曾发现602开关柜柜体温度较高，用红外测温枪测得柜体最高温度为70℃左右，母线转角连接处实测温度为95℃左右，当时母排载流为2900A左右，逐级上报技术部门后召开专题研究会，确定将机组降低负荷运行，两台机的总出力控制在24MW以下。经对602开关柜温度定期测量发现，当机组出力降低时，温度也随着下降；两台机组负荷降至机组额定80%时，母线温度基本隐定在75℃左右。

图二（单位：mm）

三、发热原因分析

1、母线每相有两片铜排并联组成，三相垂直排列（如图二所示），铜排型号为TMY-100×10。按运行时导体周围环境温度为40℃、导体最高允许温度=70℃计算，其能通过的最大电流=2260.23A。西溪单机额定电流为1426A，当两台机组满负荷运行时，母线载流将达到2852A，远远超过其能通过的最大电流。母排超载运行，发热量会成倍增大。

2、西溪6.3kV母线由多个高压柜母排并列组成，各柜母排之间用螺栓连接。由于导体热胀冷缩，运行几年后部分螺栓出现松动，造成连接接触面压紧程度不均匀，使载流面积减小，导致接触面发热，由于热量传递使母排整体发热。

3、由于母排安装在密闭的高压开关柜内，基本上靠自然对流散热，运行过程中，母排产生的热量无法及时散出，从而造成母排运行温度偏高。

综上分析，西溪电站6.3kV母排载流面积偏小和散热差是造成开关柜运行时温度偏高的主要原因。

四、改造措施

通过发热原因分析，结合现场实际，拟在原安装的排列方式上更换较大截面的铜质母排，以满足西溪两台机组在满负荷工况下，母排能满足安全运行要求。

1、选型依据

根据水利电力部西北电力设计院编写的《电力工程电气设计手册-电气一次部分》中关于导体设计选型的介绍，“在工程实用中多片矩形导体适工作电流I≤4000A的回路中”及“铜导体用在持续工作电流大，且出线位置特别狭窄或污秽对铝有严重腐蚀的场所”，布置在高压开关柜中的6.3kV母排材质及型式应该选择矩形铜排。

根据中国电力出版社——熊信银主编的《发电厂电气部分》（第三版）中关于电气设备选择的原则，作为汇流母线，6.3kV母排的截面应该按导体长期发热允许电流来选择。

2、工艺要求

1）在开关设备和控制设备中，为实现设备的全绝缘、全工况，减少外部短路事故和防止触电以及防止由于凝露污秽引起的爬电等事故，将母线外部采用绝缘材料将母线裸露部分包缚。

2）根据封闭开关设备的通风散热效果较差的情况，母线要求经过镀银或镀锡处理。

3、方案比较

查铜排载流量表，有两种方案可以选择：

方案比较

经过讨论分析，综合考虑改造经济性、实用性和工期等因素，拟采用第一种方案进行，即从621断路器与母排交接处开始到602断路器止的母线铜排型号更换为TMY-120×10，数量及布置形式保持不变，通过这种办法以达到增大载流面积、提高母线载流量，降低开关柜发热的目的。即6.3kV母线水平母排由3相（2×100×10）更改为3相（2×120×10），改造后布置形式如图三所示。

即母排允许的最大跨距为161.6cm。

母排由穿墙套管固定在高压开关柜侧壁上，穿墙套管亦是母排支撑，而开关柜宽度为80cm，即母排跨距为80cm，小于161.6cm，所以母排稳定性满足要求。

（3）安全距离校验

根据《户内交流高压开关柜订货技术条件》（DL/T404—1997）中关于“单纯以空气作为绝缘介质时，10kV系统不同相之间的距离不小于125mm”的规定，改造后母排相间距离为190mm（如图三所示），大于125mm，所以安全距离满足要求。

五、实施方案

1、工具材料准备

（1）TMY-120×10型号铜排80m，要求经工艺处理，达到其允许最高温度为+80℃；

（2）穿墙套管（专业厂家定做），数量30个；

（3）热塑套管，规格Φ150mm，数量100m；

（4）辅助材料：无水酒精、棉布和紧固件等等若干。

2、实施步骤

（1）6.3kV段母线退出运行，转为检修态；

（2）做好安全措施，必要时装设遮栏和悬挂标牌；

（3）拆除顶盖，逐台拆除原水平母线的紧固件及垂直母线的连接螺栓；（4）拆除原穿墙套管，扩孔后安装新的穿墙套管；

（5）母排经过工艺处理后进行包缚；

（6）将新母线装入穿墙套管，进行安装，直至整段完成。

3、施工要求

（1）在母排穿越的金属隔板上开切断磁路的缺口，必要时考虑采用不导磁材料无磁不锈钢板，以防由于涡流和磁滞损耗产生热量；

（2）母线支撑的抗弯强度要满足所配置的系统的力效应要求；

（3）母线的固定金具或其它支持金具不应形成闭合磁路；

（4）对于螺栓连接的导体接头部分，组装前涂中性凡士林，以降低接触电阻；

（5）清除铜排接头表面的氧化膜，必须经镀锡或者镀银处理；

（6）铜排接头用四孔螺栓连接时，垂直孔距不小于50mm，孔与铜排边沿的距离不小于25mm，螺孔直径为18mm，所用扳手最小的力矩900×9.8（Ncm）。

4、注意事项

（1）施工做好厂用备用电源；

（2）施工结束后将松动的螺栓紧固，必要时使用导电膏，以增强连接部分的导电能力；

（3）施工过程中注意开关柜中其他元件的保护；

（4）注意防火安全。

六、效果评价

通过更换母线铜排，增大了西溪电站6.3kV母线的载流能力，解决了母线运行时高压开关柜发热量过大问题，破除了制约机组高效运行的瓶颈。经讨论，此方案一实施较简单易行，工期相对较短，切实可行。改造后要对母线运行时的温度持续关注一段时间，以达到改造安全、有效，提高设备利用率。

按增大载流面积后西溪电站机组出力平均约可增加4MW、电站设计年利用小时数4794小时计算，每年可增加发电量E=N·T=4MW×4794=1917.6万kWh，经济效益可观。