我國(guó)某地區(qū)變電站設(shè)備發(fā)熱問(wèn)題及分析

黨翠+吳建軍

摘 要：隨著科技發(fā)展、人民生活水平提高，民眾的用電需求日益增長(zhǎng)。變電站作為電力傳輸配送的中樞環(huán)節(jié)，起著電網(wǎng)優(yōu)良保質(zhì)的重要作用。但是變電站設(shè)備的發(fā)熱問(wèn)題卻嚴(yán)重影響著設(shè)備的正常運(yùn)行狀態(tài)和使用壽命，影響著我國(guó)電網(wǎng)的快速發(fā)展。以我國(guó)某地區(qū)變電站為例，總結(jié)變電站設(shè)備的發(fā)熱現(xiàn)象，深入探討設(shè)備發(fā)熱的原因，并提出相應(yīng)解決方法，為變電站運(yùn)行維護(hù)提供一定的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：變電站；設(shè)備；發(fā)熱；電網(wǎng)

0 緒論

變電站在電力系統(tǒng)中起著電能匯集和分配的作用，其能否安全可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行決定著電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)[1]。國(guó)內(nèi)外關(guān)于變電站設(shè)備發(fā)熱問(wèn)題的研究大多傾向于溫度檢測(cè)方法與檢測(cè)技術(shù)方面的討論[2-5]，而對(duì)于變電站設(shè)備發(fā)熱原因及發(fā)熱元件熱力學(xué)方面的研究較少。因此，以我國(guó)某地區(qū)傳統(tǒng)變電站設(shè)備運(yùn)行發(fā)熱問(wèn)題為例，分析變電站設(shè)備發(fā)熱原因，提出解決變電站設(shè)備發(fā)熱現(xiàn)象的解決方法，對(duì)于變電站運(yùn)行維護(hù)具有重要的指導(dǎo)意義。

通過(guò)總結(jié)我國(guó)某地區(qū)7個(gè)運(yùn)維站的88座變電站（其中包括61座110kV變電站，26座220kV變電站和1座220kV開關(guān)站）設(shè)備出現(xiàn)的問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)設(shè)備發(fā)熱問(wèn)題是導(dǎo)致設(shè)備故障甚至生產(chǎn)事故的主要原因。發(fā)熱設(shè)備中，刀閘問(wèn)題較為嚴(yán)重，表現(xiàn)為刀閘閉合不到位、機(jī)構(gòu)卡澀、老化現(xiàn)象普遍；電容器過(guò)熱頻發(fā)，其中電容器開關(guān)分閘線圈燒壞現(xiàn)象較為嚴(yán)重；設(shè)備接線連接處和控制柜溫度過(guò)高也較為常見。

1電站設(shè)備發(fā)熱問(wèn)題

通過(guò)對(duì)我國(guó)某地區(qū)變電站設(shè)備發(fā)熱現(xiàn)象進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)電站設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中受周圍環(huán)境、接觸性能、負(fù)荷大小、換熱方式、老化程度等因素影響，分別對(duì)各種因素進(jìn)行分析。

1.1 環(huán)境對(duì)設(shè)備發(fā)熱的影響

變電站設(shè)備大多暴露于自然環(huán)境中，其工作狀況受當(dāng)?shù)乜諝鉁囟?、濕度、清潔度影響。設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，設(shè)備表面與氧氣、水等發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，粉塵附著于設(shè)備表面，進(jìn)而增加了設(shè)備表面的換熱熱阻和電流接觸部件的電阻，阻礙了設(shè)備自然換熱。例如，220kV斗梧Ⅰ線2151刀閘操作機(jī)構(gòu)箱內(nèi)輔助接點(diǎn)定位連接片銹蝕嚴(yán)重，合閘接觸器銹蝕無(wú)法合閘操作。此外，變電處于自然環(huán)境中時(shí)，設(shè)備由熱轉(zhuǎn)涼，由熱應(yīng)力分布不均導(dǎo)致設(shè)備表面變形甚至裂紋，加重了設(shè)備表面的電化學(xué)腐蝕，從而降低了設(shè)備壽命，甚至引發(fā)運(yùn)行事故造成嚴(yán)重?fù)p失。

1.2 接觸性能對(duì)設(shè)備發(fā)熱的影響

不同材質(zhì)的金屬性能影響著設(shè)備接觸性。鋼質(zhì)螺栓與鋁質(zhì)母線連接時(shí)，由于鋼的熱膨脹性遠(yuǎn)小于鋁的熱膨脹性，當(dāng)接頭電流產(chǎn)生的熱和自然熱變化時(shí)引起螺栓與母線熱形變量不同，進(jìn)而引起金屬應(yīng)力變形造成金屬蠕變，甚至引起連接件斷裂和壽命損傷。如，某變電站#1主變110kV側(cè)C相CT靠開關(guān)側(cè)線夾處溫度很高，發(fā)生變形。

緊固件預(yù)緊力不當(dāng)造成部件接觸面電阻增加。個(gè)別設(shè)備維護(hù)人員由于操作不當(dāng)，安裝緊固件時(shí)預(yù)緊力過(guò)小、機(jī)械振動(dòng)導(dǎo)致緊固件接觸面松動(dòng)有間隙引起接觸不良、電阻增加引起接觸面發(fā)熱變形，或者安裝緊固件時(shí)預(yù)緊力過(guò)大導(dǎo)致緊固件塑性變形增大了接觸面電阻。如某變電站110kVⅠ母至110kV母聯(lián)1311刀閘的龍門架引下線從懸掛瓷瓶下部的金屬環(huán)內(nèi)穿過(guò)處連接沒有固定，導(dǎo)線隨風(fēng)晃動(dòng)時(shí)，導(dǎo)線和金屬環(huán)體間有明顯放電聲。

接頭安裝不潔凈造成接觸點(diǎn)熱阻增加。在安裝設(shè)備時(shí)，沒有對(duì)連接件進(jìn)行清潔處理導(dǎo)致接觸面灰塵較大，造成接觸點(diǎn)熱阻增加，在電流變化時(shí)，接頭冷熱交替，引起接觸點(diǎn)熱疲勞破壞。

設(shè)備安裝不標(biāo)準(zhǔn)造成接觸面電阻增加。在設(shè)備安裝時(shí)，沒有嚴(yán)格安裝設(shè)備的安裝標(biāo)準(zhǔn)安裝，造成設(shè)備閉合不緊湊。刀閘觸點(diǎn)閉合時(shí)處于相同的平面和軸線上，如果刀閘閉合時(shí)，觸點(diǎn)接觸不緊湊，引起電流流通面積減小，電阻增加，容易觸點(diǎn)過(guò)熱，發(fā)生機(jī)械損傷，刀閘斷路。

1.3 負(fù)荷大小對(duì)設(shè)備發(fā)熱問(wèn)題的影響

隨著用電需求增加和用電負(fù)荷不斷變化，在超導(dǎo)變電站尚不成熟的情況下，大電流、耐高溫影響著傳統(tǒng)變電站設(shè)備的安全運(yùn)行[6]。當(dāng)電力負(fù)荷過(guò)大時(shí)，電力設(shè)備發(fā)熱量增加，金屬熱膨脹變形大；當(dāng)電力負(fù)荷較小時(shí)，電力設(shè)備發(fā)熱量減小，金屬熱膨脹變形量小。進(jìn)而負(fù)荷大小的變化引起設(shè)備金屬周期性熱疲勞損失，造成設(shè)備壽命和安全可靠性下降。

1.4 設(shè)備換熱方式對(duì)設(shè)備發(fā)熱的影響

變電站設(shè)備換熱通常采用自然空氣對(duì)流換熱，該種換熱方式受當(dāng)?shù)販囟?、氣流速度、設(shè)備換熱面積影響。變電站變壓器整體采用肋片式，增加了對(duì)流換熱面積，具有良好的換熱能力，保證變壓器肋片表面光潔、無(wú)銹蝕至關(guān)重要。但是，在變壓器運(yùn)行過(guò)程中勢(shì)必產(chǎn)生渦流損耗現(xiàn)象，造成變壓器節(jié)油箱螺栓連接部位發(fā)熱現(xiàn)象，以及高壓繞組側(cè)用于固定單向電纜的金屬環(huán)發(fā)熱現(xiàn)象，進(jìn)而影響著整個(gè)變壓器設(shè)備的安全運(yùn)行。

1.5 金屬老化程度對(duì)設(shè)備發(fā)熱的影響

設(shè)備在整個(gè)壽命周期中，設(shè)備關(guān)鍵部件老化程度逐漸加深，金屬性能下降逐漸加劇，導(dǎo)致設(shè)備導(dǎo)電性能下降，電阻和熱阻增加，發(fā)熱增加而散熱減弱，老化設(shè)備很容易引發(fā)生產(chǎn)安全事故。例如，某變電站由于刀閘機(jī)構(gòu)老化，開關(guān)操作機(jī)構(gòu)合閘不到位，經(jīng)檢修檢查發(fā)現(xiàn)，開關(guān)存在合閘線圈始終通電，燒毀合閘線圈的故障隱患。

2 解決方法

通過(guò)分析引起電站設(shè)備發(fā)熱問(wèn)題的原因，提出以下解決方法。

2.1 嚴(yán)格操作規(guī)程

加強(qiáng)人才培養(yǎng)，強(qiáng)化管理，提高變電站運(yùn)行維護(hù)水平。培養(yǎng)工作人員專業(yè)水平，變電站設(shè)備運(yùn)行嚴(yán)格按照操作規(guī)程操作，對(duì)于設(shè)備原理、應(yīng)用方法做到熟練掌握，對(duì)于應(yīng)用中產(chǎn)生的問(wèn)題做到及時(shí)總結(jié)、改正，提高設(shè)備運(yùn)行壽命。培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，利用交叉檢查、隨機(jī)檢查等方法，將設(shè)備問(wèn)題降至最低。提高工作人員發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題、科技創(chuàng)新的能力，從根本上解決設(shè)備發(fā)熱問(wèn)題。

2.2 定期巡檢

定期巡檢變電站所有設(shè)備，根據(jù)不同設(shè)備性能、工作狀態(tài)編制定期巡檢計(jì)劃，熟練掌握變電站設(shè)備使用壽命情況。針對(duì)關(guān)鍵接觸點(diǎn)重點(diǎn)巡視，檢查設(shè)備清潔情況、機(jī)械結(jié)構(gòu)機(jī)械性能、緊固件連接情況，做到及時(shí)記錄，及時(shí)反饋。對(duì)于容易出現(xiàn)問(wèn)題的設(shè)備多次巡檢，定期更換。

2.3 加強(qiáng)溫度檢測(cè)

利用紅外線固體石蠟、紅外檢查儀、熱電檢測(cè)設(shè)備等方法檢測(cè)設(shè)備發(fā)熱部件。將石蠟附著于螺栓等堅(jiān)固件處，通過(guò)定期巡檢時(shí)觀察石蠟融化情況來(lái)推測(cè)堅(jiān)固件發(fā)熱情況；使用紅外檢查儀直接測(cè)量設(shè)備溫度情況，可分成一個(gè)點(diǎn)多段時(shí)間測(cè)量和多個(gè)點(diǎn)同時(shí)測(cè)量，分別繪制該設(shè)備溫度隨時(shí)間變化曲線和溫度隨設(shè)備部位變化曲線，尋找該設(shè)備溫度變化規(guī)律和溫度分布規(guī)律，根據(jù)設(shè)備金屬性能判斷設(shè)備運(yùn)行情況；使用熱電檢測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)檢測(cè)關(guān)鍵設(shè)備的溫度變化規(guī)律，掌握設(shè)備的運(yùn)行情況，避免關(guān)鍵設(shè)備破壞引發(fā)事故。

2.4 關(guān)鍵部件換熱性能改善

個(gè)別零部件處于空氣流通不暢、換熱性能較差的環(huán)境中，可通過(guò)增加零部件的幾何尺寸或增設(shè)肋板來(lái)增加換熱表面積，甚至對(duì)于長(zhǎng)期處于溫度較高環(huán)境中的設(shè)備可以采用強(qiáng)制對(duì)流換熱或熱管換熱來(lái)保證設(shè)備溫度處于正常水平。對(duì)于關(guān)鍵二次設(shè)備，可以通過(guò)降低環(huán)境溫度、增加對(duì)流強(qiáng)度、改善換熱方式等方法保證其正常工作。

3 結(jié)論

變電站智能化程度越高，越需要提高變電站設(shè)備運(yùn)行的可靠性。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)220kV和110kV變電站設(shè)備發(fā)熱問(wèn)題產(chǎn)生的原因進(jìn)行歸類并分析其產(chǎn)生的原因，提出了變電站設(shè)備發(fā)熱問(wèn)題的解決方法，該方法具有較大的生產(chǎn)實(shí)踐指導(dǎo)意義。

作者簡(jiǎn)介：

黨翠（1987-），女，河南省開封人，助理工程師，碩士研究生，從事變電站運(yùn)行維護(hù)工作。

吳建軍（1979-），男，湖南省資興人，助理工程師，本科，從事變電站運(yùn)行維護(hù)工作。endprint