AP1000海阳核电厂离相封闭母线选型技术分析

【摘 要】本文对离相封闭母线的分类、结构、用途、适用范围、优缺点进行了阐述，并结合AP1000海阳核电厂发电机出口回路及现场布置安装条件，对其主回路所采用的大容量离相封闭母线的选型进行了技术分析。

【关键词】离相封闭母线；优缺点；AP1000；主回路母线选型技术分析

0.引言

离相封闭母线是一种大电流传输装置。海阳核电站的发电机额定电流在 33847A，如此大的电流所导致的电能损耗或导体发热是不容忽视的，因此为了避免由于过热等问题所导致的封闭母线故障，而直接影响到电厂发配电系统的安全可靠运行，对主回路大电流封闭母线的合理设计和选型是十分必要的。

1.离相封闭母线结构

发电机至变压器的连接母线如采用敞露式母线，会导致绝缘子表面易被灰尘污染，尤其是母线布置在屋外时，受气候变化和污染更为严重，很容易造成绝缘子闪络及由于外物所致造成母线短路故障。

离相封闭母线，其每相导体分别用单独的铝制圆形外壳封闭，铝制圆形外壳封闭罩内，为了杜绝封闭母线内绝缘子结露，采用微正压运行方式，在封闭罩内充有一定的干燥空气，使母线内部形成一个略高于大气压的环境，使外部的环境空气不能进入到母线内部，来达到防潮和防尘的作用。

离相封闭母线一般配备一套独立的微正压装置，随时对母线内部压力检测和充入经过处理后的干燥、洁净的空气，既保证母线的良好运行环境又达到降温和免维护的状态。

2.离相封闭母线优缺点

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优点：

（1）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，也基本杜绝相间短路的发生。

（2）封闭母线采用外壳屏蔽，可从根本上解决钢构因电磁感应产生涡流和环流所导致的发热问题。

（3）当发生短路很大的短路电流流过母线时，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）母线封闭后，便可采用微正压运行方式，防止绝缘子结露，提高运行安全性，如采用通风冷却方式，外壳可作为强制冷却的通道，提高母线的载流量。

（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。

（6）外壳在同一相内，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。

（7）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，提高了母线运行的安全可靠性。

采用离相封闭母线的缺点主要是：

（1）由于环流和涡流的存在，外壳将产生损耗。

（2）有色金属消耗量大。

（3）母线散热条件差。

3.海阳AP1000主发电回路简介

海阳核电1、2号机组汽轮发电机组为哈尔滨动力集团-三菱联合体提供1500r/min（半速机），额定容量1407MVA，额定电压24kV，额定电流33847A。

主发电系统采用发电机-变压器组的接线方式，经主变升压后接入500kV系统。发电机和主变压器之间装设发电机出口断路器（GCB），发电机经离相封闭母线（IPB）与主变压器低压侧相连，发电机和GCB之间T接IPB引至励磁变作为励磁电源，厂用变压器也由主变低压侧的主回路封闭母线T接。

厂用分支回路母线的额定电流不大，可以采用常规自然风冷式铝制封闭母线。本文主要对发电机出口主回路的封闭母线进行阐述。

4.海阳AP1000主回路离相封闭母线的选型

4.1外壳连接方式的选择

金属外壳各段的连接方法，可分为分段绝缘式和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。分段绝缘母线外壳只有涡流屏蔽而无环流屏蔽，对周围钢构发热只比敞开式母线减少15%～20%，因此额定电流超过8000A时，外壳都采用全连式结构。海阳核电站的发电机额定电流高达 33847A,因此选用全连式离相封闭母线。

4.2导体型式选择

导体形状主要有圆管形和八边形两种。圆管形导体集肤效应低、损耗低、易于加工、导体连接相对复杂；八边形导体电磁特性接近圆管形，散热特性好，导体之间连接简单，但总损耗高。

西安交通大学的研究结果认为八边形导体的对流散热量比圆管形导体提高近40%，相同截面可提高载流量5%左右，但总损耗比圆管形方案高65～184W/单相米。国外封闭母线厂商如ABB、英国Emform、美国Calvert、乌克兰扎布罗什和国内所有封闭母线厂商都采用圆形铝导体，只有法国ALSTOM制造的IPB多数采用多角形导体。考虑国内制造、安装和检修、维护的能力，海阳核电站电站主回路封闭母线选用圆管形导体。

4.3冷却方式选择

根据国标《金属封闭母线》（GB/T 8349-2000）第 5.6条，金属封闭母线在正常使用条件下运行时，各部位的温升要求应符合下表的要求：

封闭母线的冷却方式主要有自然冷却和强迫风冷两种方式。无论选择何种冷却方式，均应满足在额定载流量情况下，封闭母线最热点的温度和温升满足上表国标要求。

DL/T5222-2005《导体和电器选择设计技术规定》中规定封闭母线额定电流≥25000A时宜采用强迫风冷，但在国际上没有严格的规定或统一的标准，其过渡是平缓的。如西欧在额定电流25000A左右选择过渡，而美国和日本其过渡电流在15000A。冷却方式的选择更多取决于母线在电厂中的布置和结构尺寸的限制，必须从技术角度分析，首先满足技术条件的限制。

冷却方式在技术上分析，主要考虑以下因素：运行的安全可靠性、设计的复杂性、制造安装的难易程度、维护检修的方便性等。

国内制造厂商的自冷封闭母线在中小型机组上有较多的业绩，大电流自冷封闭母线已经供货并投产的有：江苏长江沃特为邹县电厂四期1000MW机组制造、镇江华东电力设备厂为玉环电厂1000MW机组制造的封闭母线。

国内制造厂商风冷式封闭母线目前还没有生产过，岭澳核电一期母线额定电流28000A,采用英国EMFORM生产的强迫风冷封闭母线。岭澳二期采用国内制造的风冷封闭母线，该风冷封闭母线由镇江华东电力设备制造厂与法国西麦莱克通公司联合生产供货。

从运行的安全可靠性而言，风冷装置故障，机组一般只能在40-70%的额定负荷下继续运行，自冷母线没有风冷设备，故障几率小。但风冷装置一般为一运一备的冗余设置，两套装置同时发生故障的几率很小，所以两种方式运行安全可靠性相近。

风冷封闭母线能有效的缩小封母直径，有效利用机座低部狭小空间，由于风冷封闭母线相对尺寸小，封母本身的布置要比自然冷却的封闭母线更加容易，重量也更轻更容易安装。自冷母线要占用大量空间，消耗的铝材多。母线的外壳直径要增大，相间距离也要增加，在常规岛主厂房 7.5米层的安装和主厂房外的布置上安装布置就很困难。

风冷母线投运后，除了监视导体和外壳温度外，还要经常检查冷却系统的运行情况，运行维护工作量较大。自冷母线不需要定期维护检修，只需作少量的维护检查，运行时也只要监视导体、外壳温度不超标即可，运行维护简便。

从国际上封母闭母线制造和运行的发展趋势来看，30000A以下的全连式离相封闭母线多采用自冷方式，如法国 ALSTHOM公司和 SIMELECTRO公司、意大利 MAGRINI公司等近年生产的 25000A左右的封闭母线大都采用自冷方式，但电流在 30000A 以上的全连式离相封闭母线考虑到自冷封闭母线体积巨大，为了节省空间，满足布置和安装的要求，选用风冷式的封闭母线是必然的。

5.结论

综上所述，对于山东海阳核电站一期工程，虽然影响风冷封闭母线经济性的因素比较多,如导体及外壳厚度、直径，风机和冷却器的投资和运行费用等，但从技术角度来看，主封闭母线仍应选择全连式圆形铝导体强迫风冷式离相封闭母线。