唐芳軒，張 劍，曾利民，包彥省，張 烈，楊悅民（.中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 34300；.北京電力設備總廠，北京 040）

秦山第二核電廠離相封閉母線出線箱局部過熱問題研究

唐芳軒1，張 劍1，曾利民1，包彥省1，張 烈2，楊悅民2
（1.中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300；2.北京電力設備總廠，北京 102401）

文章介紹了秦山第二核電廠全連自冷離相封閉母線出線箱的結(jié)構，對封閉母線出線箱局部過熱的機理進行了研究。研究表明，渦流損耗集中、通風冷卻不足是造成出線箱局部過熱的根本原因，據(jù)此確定了“分散渦流，阻斷環(huán)流，加強通風”的改進原則，設計制造了新結(jié)構的試驗出線箱并成功地進行了溫升試驗。新結(jié)構出線箱上箱體各側(cè)面板間、上箱體與下箱體間增加絕緣，上箱體增加兩臺冷卻風機。新結(jié)構出線箱投入運行后，熱點溫度大幅降低，改善了運行環(huán)境，保障了機組的安全運行，對同類問題的分析處理具有一定借鑒意義。

離相封閉母線；出線箱；渦流；環(huán)流；過熱

秦山第二核電廠發(fā)電機容量650 MW，電壓20 kV，電流20 849 A，采用全連自冷離相封閉母線，發(fā)電機出線套管與封閉母線導體在出線箱內(nèi)連接。出線箱材質(zhì)L2鋁板，上箱體4塊側(cè)面板用螺栓連接，下箱體各側(cè)面板焊接，上、下箱體間螺栓連接。封閉母線投運后，發(fā)現(xiàn)出線箱上箱體與下箱體連接處局部溫度達120 ℃，個別連接螺栓溫度達140 ℃，出線箱出線側(cè)結(jié)構與過熱部位如圖1所示，檢修孔側(cè)結(jié)構及過熱部位如圖2所示（圖中紅色為過熱部位）。文章對出線箱局部過熱機理進行了研究，采取將出線箱小箱體各面板間絕緣，上、下箱體間絕緣，增加冷卻風機等措施后，按實際尺寸設計制造了試驗出線箱并進行了溫升試驗，結(jié)果表明熱點溫度大幅降低。依據(jù)試驗結(jié)果，制造了新結(jié)構出線箱，投入運行后各部位溫度正常。

圖1 封閉母線出線箱出線側(cè)Fig.1 Outlet side of the isolated phase busbar outlet box

圖2 封閉母線出線箱檢修孔側(cè)Fig.2 Manhole side of the isolated phase busbar outlet box

1 局部過熱原因

封閉母線出線箱安裝于強磁場環(huán)境，出線箱面板產(chǎn)生渦流損耗而發(fā)熱，且該母線為全連式，即一端裝有專用短路板，另一端用出線箱面板做短路板，由此構成的閉合回路會產(chǎn)生環(huán)流，也會引起出線箱發(fā)熱。出線箱在正常運行中溫度最高，一般要高出分相母線外殼二十幾度[1]，但現(xiàn)實情況表明，分相母線外殼僅45～55 ℃，出線箱最熱點溫度卻達到了120 ℃，個別連接螺栓達到了140 ℃，因此研究過熱機理，采取降溫措施，對保證安全運行具有重要的意義。

1.1 渦流損耗集中，引起面板局部過熱

由電磁場理論知，在體積為V的導體中消耗的平均功率及渦流損耗為：

式（1）表明，出線箱體渦流損耗主要與面板內(nèi)的磁感應強度相關，電流越大，磁場強度越高，箱體面板渦流損耗越大，發(fā)熱越嚴重。發(fā)電機運行電流20 kA，強電流在出線箱上感應出渦流，產(chǎn)生渦流損耗，引起箱體面板發(fā)熱。發(fā)電機三相出線與封閉母線導體安裝于出線箱內(nèi)，有垂直導體、水平導體、傾斜導體，形狀也不規(guī)則，相間距離從1～2 m不等，導致上箱體與下箱體連接部位漏磁疊加。特別是在出線箱的A相與B相之間、B相與C相之間的部位，磁通疊加，渦流損耗集中[3]，引起上箱體與下箱體局部過熱。同時，受空間限制以及發(fā)電機出線連接形式的限制，箱體面板和導體間的距離較小，加劇了箱體發(fā)熱。

1.2 漏磁匝鏈產(chǎn)生環(huán)流，引起個別螺栓過熱

出線箱的上箱體與下箱體用螺栓連接，形成了閉合回路。隨著電流的變化，穿過閉合回路的磁通量也隨之變化，閉合回路中將產(chǎn)生環(huán)流而引起發(fā)熱[4]，即上箱體與下箱體間產(chǎn)生的環(huán)流將通過連接螺栓，若個別螺栓連接不良，電阻增大，引起螺栓出現(xiàn)過熱。由于出線箱內(nèi)三相導體偏心，漏磁從上箱體與下箱體的連接法蘭間穿出，匝鏈螺栓，在上箱體與下箱體間經(jīng)螺栓形成環(huán)流，使螺栓出現(xiàn)過熱。

1.3 冷卻不足，加劇發(fā)熱

出線箱安裝處空間狹小，通風不暢，鄰近設備多，不利于散熱。上箱體原配有2臺軸流風機，對箱體內(nèi)部進行通風散熱，但實踐表明風機數(shù)量少，且箱體面板沒有開散熱孔，這些情況提高了溫升，加劇了發(fā)熱。

2 方案設計與溫升試驗

流，加強通風”的改進原則，制造試驗用出線箱進行溫升試驗。試驗箱上箱體各側(cè)面板之間加裝絕緣，以分散渦流；上箱體與下箱體之間加裝絕緣，以阻斷上、下箱體間環(huán)流；下箱體檢修孔由3個方形改為2個圓形，以改善渦流通徑；在上箱體兩側(cè)開通風孔并增加兩臺軸流風機，使軸流風機達4臺，以加強通風。出線箱連接螺栓采用不導磁的不銹鋼螺栓，同時加裝絕緣墊和絕緣套，以防產(chǎn)生環(huán)流。

用試驗變壓器對三相短路封閉母線段通22 kA電流，對試驗出線箱進行溫升試驗。待出線箱溫度穩(wěn)定后，用預先埋設好的熱電偶測量出線箱外殼的溫度，溫升試驗原理如圖3所示，試驗方案及結(jié)果如表1所示[5]，新結(jié)構出線箱各部溫升大幅降低。

根據(jù)過熱機理，確定了“分散渦流，阻斷環(huán)

圖3 封閉母線出線箱溫升試驗原理圖Fig.3 Schematic of the temperature rising experiment of the isolated phase busbar outlet box

表1 溫升試驗方案及結(jié)果Table 1 Scheme and results of the temperature rising experiment

3 現(xiàn)場實施

依據(jù)溫升試驗結(jié)果，制造了新結(jié)構的出線箱，在發(fā)電機功率P=680 MW，出線電流I=19.6 kA的運行工況下，過熱點最高降幅48 ℃，與溫升試驗結(jié)果相符，新、舊出線箱溫度對比如表2所示。

4 結(jié)束語

隨著機組容量的不斷增大，封閉母線出線箱安裝處磁場強，分布復雜，容易引起局部高溫過熱。國內(nèi)核電機組、火電機組封閉母線出線箱局部過熱情況不僅一例，望制造廠不僅關注封閉母線直線段的發(fā)熱，還應加強出線箱發(fā)熱問題研究，優(yōu)化結(jié)構，改善散熱條件，降低溫升；運行維護單位應加強封閉母線出線箱溫度監(jiān)測，及時掌握運行情況。

表2 新、舊出線箱溫度對比Table 2 Temperature comparison between the former and the new outlet box

封閉母線溫升不超過30 K，溫度不超過70 ℃[6]，實際表明，該標準較為籠統(tǒng)。因為封閉母線離相部分的導體和外殼是離相同心圓筒結(jié)構，電磁場情況簡單，溫度分布均勻，不會超標；但封閉母線出線箱結(jié)構復雜,安裝處磁場復雜，箱體會感應出較大的渦流，容易出現(xiàn)局部高溫。因此，以同一標準來考核封閉母線的不同部位，似乎顯得有些不妥。封閉母線外殼的標準是40 K、80 ℃[7]，不僅比國內(nèi)標準高出了10 K，而且特別指出，在人員通常不易觸及的部位允許值為70 K、110 ℃，這既符合實際，又能保證安全。

[1] 陳尚發(fā). 大容量發(fā)電機出線封閉母線的作用與降溫降耗措施探討[J]. 電力設備，2005,6（6）:57-58.（CHEN Shang-fa. The Role of the Outlet Enclosed Busbar of High-capacity Generator and Measures for Cooling Down and Reducing Consumption[J]. Electrical Equipment, 2005, 6(6):57-58.）

[2] 倪光正. 工程電磁場原理[M]. 北京：高等教育出版社，2002.（NI Guang-zheng. Engineering Electromagnetic Field Mechanics[M]. Beijing:Higher Education Press, 2002.）

[3] 趙峰，王凱，等. 大容量變壓器局部過熱問題分析[J].變壓器，2009，46（7）:74-75.（ZHAO Feng, WANG Kai, et. al. Locally Overheat Analysis for High Capacity Transformer[J]. Transformer, 2009, 46(7):74-75.）

[4] 郭志福. 發(fā)電機母線支撐鋼結(jié)構過熱的分析與處理.內(nèi)蒙古電力技術[J]，1995（6）:61-62.（GUO Zhifu. Overheating Analysis and Treatment for the Supporting Steel Structure of Generator Busbar. Inner Mongolia Electric Power Technology[J], 1995(6):61-62.）

[5] 北京電力設備總廠. 680 MW封閉母線溫升試驗報告[R]，2006-08.（Beijing Electrical Equipment Plant. Temperature-rise Test Report for 680 MW Enclosed Busbar[R]. 2006-08.）

[6] GB/T 8349-2000，金屬封閉母線[S].（GB/T 8349-2000, Metal Enclosed Busbar[S].）

[7] IEEE Std C37.23TM-2003,IEEE Standard for Metal-Enclosed Busbars, Published by The Institute of Electric and Electronics Engineers, Inc.[S].

Study on Partial Overheat of the Isolated Phase Busbar Outlet Box in Qinshan NPP Phase Ⅱ

TANG Fang-xuan1，ZHANG Jian1，ZENG Li-min1，BAO Yan-xing1，ZHANG Lie2，YANG Yue-min2
(1.Nuclear Power Operations Management Co.，Ltd.，CNNC, Haiyan of Zhejiang Prov. 314300，China；2.Beijing Power Equipment Group, Liangxiang Dist. Beijing 102401，China)

This paper recommended the structure of the isolated phase busbar outlet box installed in Qinshan II. The study on partial overheat of the outlet box shows that the ultimate causes are the loss of concentrated eddy current and short of cooling. So the improvement principles of“distributing eddy current, cutting off inductive circle current and strengthening of ventilation”were determined. A new structure test outlet box was designed and manufactured, and the temperature rising experiment was carried out. Some alterations were made in the new structure outlet box, e.g. isolating materials were added between side plates of the upper outlet box, and also between the upper and lower outlet box. Two cooling blowers were added to the upper outlet box. After putting into operation, the hot-spot temperature of the new outlet box was greatly lowered down. Thus the operation environment was improved, and the operation safety ensured. It can be useful references for analyzing and dealing with similar problems.

TL33 Article character: A Article ID: 1674-1617(2013)02-0120-04

TL33

A

1674-1617(2013)02-0120-04

2012-09-18

唐芳軒（1966—），男，四川開江人，研究員級高級工程師，主要從事高電壓技術及高壓電氣設備的維修、試驗和故障診斷的研究。

Key words:isolated phase busbar；outlet box；eddy current；inductive circle current；overheat