配電所高壓柜及電抗器散熱問題研究

范小鵬　楊濤

摘要：隨著目前電子電力行業(yè)發(fā)展越來越快，各電子設(shè)備也開始向大功率、集成化、智能化發(fā)展，而當(dāng)前的配電所高壓柜及電抗器的散熱問題還沒得到妥善解決。文章首先分析了配電所高壓柜及電抗器散熱常見問題，然后研究了引起配電所高壓柜及電抗器散熱問題的原因，最后提出了解決高壓柜及電抗器散熱問題的方法。

關(guān)鍵詞：配電所；高壓柜；電抗器；散熱問題；電子電力行業(yè) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM63 文章編號(hào)：1009-2374（2016）09-0141-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.09.069

配電所高壓柜及電抗器具有性能高、可靠性高的特點(diǎn)，因此廣泛運(yùn)用于電力系統(tǒng)中。這類設(shè)施擁有吸收諧波電子，掌控電壓、無功補(bǔ)償?shù)葍?yōu)良性能，已在當(dāng)前的電子設(shè)施中普及開來。而在電力系統(tǒng)運(yùn)作過程中，如果高壓柜及電抗器因工作損耗而產(chǎn)生了過多的熱量，而又得不到及時(shí)排出，就會(huì)造成設(shè)備局部溫度超標(biāo)，使絕緣材料失效，引起高壓柜及電抗器的損壞。

1 配電所高壓柜及電抗器散熱常見問題

1.1 配電所高壓柜散熱問題

配電所高壓柜里面經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)散熱不佳的現(xiàn)象，使得配電所高壓柜長期處于溫度過高的狀態(tài)，這一問題已經(jīng)成為了配電所高壓柜在使用過程中最經(jīng)常遇到的問題。配電所高壓柜的溫度上升超過了預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)對(duì)各種設(shè)施的安全穩(wěn)妥工作產(chǎn)生不小的影響。并且配電所高壓柜散熱問題不是一個(gè)小問題，如果不及時(shí)給予妥當(dāng)解決，其還會(huì)持續(xù)發(fā)展下去，使得過熱程度逐步升高，問題也就變得越來越嚴(yán)重。長此以往，會(huì)損壞絕緣部件的工作性能，導(dǎo)致設(shè)施的使用期限縮短等。據(jù)不完全研究統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前我國內(nèi)部很多發(fā)電公司和供電企業(yè)，包括河北、四川、北京、浙江、福建等多個(gè)地區(qū)，都發(fā)生了不同程度上的配電所高壓開關(guān)柜散熱情況反常變化，使配電所高壓柜溫度不正常上升，從而引起了一些安全事故，給安全生產(chǎn)造成了極為嚴(yán)重的影響。

1.2 配電所電抗器散熱問題

如今電抗器在配電系統(tǒng)中被利用的頻率也越來越高，而電抗器在運(yùn)作過程中經(jīng)常會(huì)遇到一些故障，其中最主要的問題就是散熱問題。這類故障會(huì)影響到整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠的電力供應(yīng)。電抗器散熱問題的原因主要分為以下兩點(diǎn)：第一，局部溫度超標(biāo)。電抗器在運(yùn)作過程中，如果局部溫度超標(biāo)，其聚酯薄膜就會(huì)迅速老化。如果引入線或是橫截面環(huán)氧開裂的部位滲進(jìn)了水分，老化速度還會(huì)進(jìn)一步加快，使得設(shè)備運(yùn)作強(qiáng)度降低，甚至引起匝間短路、起火等；第二，焊接質(zhì)量問題。如果接線一頭和繞組焊接部位的電阻引發(fā)了附帶電阻，就容易造成散熱不足現(xiàn)象。此外，溫度上升的設(shè)計(jì)圍度較小，設(shè)計(jì)值和國際標(biāo)準(zhǔn)較為接近。除了設(shè)計(jì)方面的原因，如果電抗器運(yùn)作時(shí)其氣孔遭到異物堵塞，也會(huì)造成散熱不足，導(dǎo)致局部溫度迅速上升，甚至著火。

2 引起配電所高壓柜及電抗器散熱問題的原因

2.1 引起配電所高壓柜散熱問題的原因

引發(fā)高壓柜散熱問題的原因較為復(fù)雜，可以分為自身原因和外部原因這兩大類。從自身講，高壓柜有自己的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)元素，需要達(dá)到國家對(duì)安全防護(hù)等級(jí)的規(guī)則和制度標(biāo)準(zhǔn)，比如要避免人體直接接觸到高壓柜中的高壓到點(diǎn)部位以及觸碰活動(dòng)部位，還要避免高壓柜中侵入異常物質(zhì)，引發(fā)設(shè)備短路。當(dāng)前所用的高壓柜通常都達(dá)到了IP4X的保護(hù)等級(jí)，大多都運(yùn)用了金屬材料制作全封閉式外殼，高壓柜中幾個(gè)小間呈相對(duì)獨(dú)立的模式，封閉妥善。但這樣的高壓柜構(gòu)造雖安全性能強(qiáng)，但也有它自身的缺點(diǎn)。因?yàn)楦邏汗駜?nèi)部容易出現(xiàn)散熱不佳、溫度不穩(wěn)定上升等情形，這也是由高壓柜自身的特點(diǎn)所決定的。

由于高壓柜內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)電流回路或降壓，因此高壓柜中的設(shè)施，比如運(yùn)作中的母排、電流傳感器、斷路器等重要設(shè)施，自身就容易產(chǎn)生過多熱量。如果操作管理不當(dāng)，也會(huì)引起高壓柜內(nèi)部溫度上升，超過既定標(biāo)準(zhǔn)，出現(xiàn)散熱不足現(xiàn)象。此外，若是高壓柜內(nèi)部銅排之間的間隙過窄、聯(lián)結(jié)點(diǎn)過多、表層出現(xiàn)氧化現(xiàn)象、接觸不良等，都容易引起聯(lián)結(jié)點(diǎn)溫度過高，造成散熱不足。

圖1 全封閉式電流互感器結(jié)構(gòu)圖

目前，高壓柜內(nèi)部電流傳感器（CT）大多選用環(huán)氧型樹脂進(jìn)行澆鑄，然后全方位支柱式密封，如圖1。但針對(duì)大電流回路，由于受到構(gòu)造的局限，會(huì)增添兩個(gè)接頭，而不同類別金屬的膨脹度存在差異，接頭的鋼制螺栓膨脹度就要比銅質(zhì)母線小很多。在運(yùn)作時(shí)，隨著電流及溫度轉(zhuǎn)變，銅接頭和螺栓的狀態(tài)也會(huì)跟著發(fā)生異變，接頭金屬受熱脹大，使得表層錯(cuò)開，出現(xiàn)細(xì)微裂隙而導(dǎo)致氧化，溫度上升，從而引起接觸不良。

從外界原因看，室外環(huán)境溫度也會(huì)造成高壓柜散熱問題。比如四川，夏季普遍溫度在35℃～38℃之間，有的地區(qū)甚至?xí)_(dá)到40℃。且設(shè)備自身也在產(chǎn)生熱量，如果此時(shí)室內(nèi)缺少降溫通風(fēng)設(shè)備，就會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)溫度升高，從而使高壓柜內(nèi)部溫度過高，散熱出現(xiàn)問題。

2.2 引起配電所電抗器散熱問題的原因

造成電抗器散熱問題的原因，首先可能是電抗器引線接頭出現(xiàn)問題。在電網(wǎng)運(yùn)作過程中，通常會(huì)遇到電抗器引線接頭損壞的現(xiàn)象。這樣的問題在運(yùn)作設(shè)施上以外絕緣的方式呈現(xiàn)，并且出線端子和引出銅排的聯(lián)結(jié)部位有明顯的損壞現(xiàn)象。如果電容器沒有遭到破壞，可以對(duì)電抗器實(shí)施有關(guān)測(cè)試，若沒有發(fā)覺反常情況，說明該問題是由繞組和引線接觸不好而引起的。在運(yùn)作過程中，震動(dòng)導(dǎo)致繞組和引線聯(lián)結(jié)松動(dòng)滑落，接觸電阻較大，會(huì)引起電容器聯(lián)合電抗器一起運(yùn)作后端子接口出現(xiàn)反常溫度上升情況，使電阻持續(xù)增大，導(dǎo)致溫度繼續(xù)升高，形成惡性循環(huán)。高溫引發(fā)散熱不足，使端口燒壞，造成相間短路，影響到電網(wǎng)的安全運(yùn)作。此外，有分接電抗器問題也是散熱問題的一大原因。為了提高生產(chǎn)效率，有分電抗器在繞組上分出一個(gè)或多個(gè)接口，并且每個(gè)接口部位的電容量都有差異。若是在安裝過程中，電抗器的引線接口錯(cuò)位，導(dǎo)致部分諧波或異常頻段波進(jìn)入，則電抗器檔位互相無法配對(duì)，使得線路中產(chǎn)生過電流，破壞電抗器的正常運(yùn)作，從而導(dǎo)致散熱不足，溫度上升。

3 配電所高壓柜及電抗器散熱問題的解決措施

3.1 高壓柜散熱問題的解決措施

圖2 母線式電流互感器結(jié)構(gòu)圖

針對(duì)銅排發(fā)熱，可以選用質(zhì)量有保證的較大銅材，加大銅排之間的空隙，加強(qiáng)銅排載電流量，或是在銅排聯(lián)結(jié)部位鍍上錫或銀等金屬，以免母排溫度超標(biāo)。對(duì)于斷路器觸頭過熱問題，可以在生產(chǎn)、運(yùn)作、檢驗(yàn)過程中把好每一個(gè)關(guān)口，挑選好合適材料，避免觸頭銜接松動(dòng)或是過于緊湊。對(duì)隔離觸頭要著重維修保護(hù)，螺栓、彈簧等部件要定時(shí)檢查、更新，以免出現(xiàn)老化現(xiàn)象。

針對(duì)母線式電流互感器，對(duì)核定電流3150A或以上的高壓柜內(nèi)部CT，可以在保障柜內(nèi)安全情況的前提下，將CT改造成穿心式結(jié)構(gòu)，如圖2。銅排采用貫穿式安裝，不產(chǎn)生聯(lián)結(jié)接口，可以有效改良CT散熱能力。

而針對(duì)外部環(huán)境氣溫較高的情況，可以改良設(shè)施所處環(huán)境的溫度條件和通風(fēng)條件，并在此基礎(chǔ)上加上風(fēng)機(jī)的作用，能夠從根本上處理好高壓柜內(nèi)部散熱不足的問題。運(yùn)用風(fēng)機(jī)時(shí)，高壓柜內(nèi)部熱氣可以從上部的風(fēng)機(jī)口自動(dòng)排出，而下部風(fēng)機(jī)同時(shí)將冷風(fēng)吸入高壓柜中，形成空氣對(duì)流。這一方法能高效快速地降低高壓柜內(nèi)部溫度，解決其過熱問題。

3.2 電抗器散熱問題的解決措施

針對(duì)局部溫度過高的情況，可以改良電抗器的通風(fēng)現(xiàn)狀，盡量降低電抗器運(yùn)作環(huán)境的實(shí)時(shí)氣溫，抑制熱量上升。還要對(duì)電抗器實(shí)行定期停運(yùn)維修，把電抗器表層淤積的污物清理干凈，保證氣孔暢通無阻。要對(duì)外部絕緣狀況實(shí)行仔細(xì)檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)異常要立即處理。在戶外，要保證電抗器正常運(yùn)作，可以在電抗器表層刷上絕緣涂料，控制其表層放電現(xiàn)象，使電流均衡，避免泄漏。

針對(duì)電抗器引線接頭問題，要在電抗器內(nèi)避開繞組和引線聯(lián)結(jié)口松動(dòng)現(xiàn)象，要隨時(shí)檢查接口并對(duì)其進(jìn)行加固，如果在設(shè)計(jì)中選用了螺栓聯(lián)結(jié)，就要注意避免螺栓旋轉(zhuǎn)而出現(xiàn)虛接情況，也可以采用銅排互相聯(lián)結(jié)，預(yù)防接線松動(dòng)。這樣一來，可以在一定程度上解決電抗器溫度過高的問題。對(duì)于有分接電抗器問題，可以從繞組上抽取一個(gè)或多個(gè)接口，保證接口電容量各不相同。此外要善于利用說明書，在電抗器外形圖中標(biāo)注出明確的裝配方法，并且操作人員要耐心裝配，不能因?yàn)槭韬龃笠舛斐砂惭b失誤或零部件松動(dòng)脫落等現(xiàn)象，要保證有分接電抗器裝配時(shí)每條引線的接口都裝配正確妥當(dāng)。

在實(shí)際操作中，還要注重依據(jù)變電站和電網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)定，挑選參數(shù)恰當(dāng)?shù)碾娍蛊?，避免因電抗器選用不適合而產(chǎn)生的各種問題。如果發(fā)現(xiàn)電抗器與電網(wǎng)系統(tǒng)不匹配，就要馬上換掉，并確認(rèn)新安裝的電抗器是否達(dá)標(biāo)，以免因電抗器參數(shù)不合而引起溫度異常升高、散熱不足。

4 結(jié)語

配電所高壓柜及電抗器散熱問題不只是單純的設(shè)備設(shè)施問題，還涉及到生產(chǎn)安全和人身財(cái)產(chǎn)安全問題。因此，為了保障配電所高壓柜及電抗器的散熱需求，相關(guān)人員要繼續(xù)對(duì)這一問題進(jìn)行探索研究，力爭(zhēng)對(duì)配電所高壓柜及電抗器進(jìn)行科學(xué)合理的優(yōu)化，保證生產(chǎn)效率和安全。

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作者簡(jiǎn)介：范小鵬（1991-），男，甘肅通渭人，中鐵十一局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司助理工程師，研究方向：鐵路電力施工管理；楊濤（1988-），男，貴州湄潭人，中鐵十一局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司助理工程師，研究方向：鐵路電力施工管理。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）