變電站高壓閘刀發(fā)熱預(yù)控及處理探討

袁士超，羅軼，嚴(yán)勇，周海宏，張勇，朱艷偉

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司，浙江 寧波 315010）

高壓閘刀是電力系統(tǒng)中使用量最大、應(yīng)用范圍最廣的高壓電器設(shè)備之一，由于其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，在日常的檢修和維護(hù)中常常不被重視，日積月累容易產(chǎn)生各種問(wèn)題。其中，高壓閘刀發(fā)熱便是最突出的一類(lèi)。2017 年寧波電網(wǎng)缺陷統(tǒng)計(jì)中，高壓閘刀發(fā)熱和高壓熔絲熔斷是出現(xiàn)頻次最高的兩類(lèi)缺陷。閘刀的正常運(yùn)行已成為電網(wǎng)運(yùn)行最薄弱的環(huán)節(jié)之一，對(duì)電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成很大影響。因此，對(duì)高壓閘刀發(fā)熱問(wèn)題的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本文從高壓閘刀發(fā)熱的危害、原因、預(yù)控及處理等多角度進(jìn)行全方位分析和探討，為預(yù)防和解決高壓閘刀發(fā)熱問(wèn)題提供可行的方法。(35kV 及以下高壓閘刀主要以開(kāi)關(guān)柜的動(dòng)靜觸頭形式出現(xiàn)，與開(kāi)關(guān)柜一起都放置于室內(nèi)，同GIS 設(shè)備類(lèi)似，運(yùn)行環(huán)境相對(duì)較好，一般不會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱情況，因而本文研究的高壓閘刀默認(rèn)為110kV 及以上的室外高壓閘刀)。

1 高壓閘刀發(fā)熱原因

1.1 根本原因

高壓閘刀發(fā)熱的根本原因是電流的熱效應(yīng)。運(yùn)動(dòng)著的電子與導(dǎo)體內(nèi)的分子發(fā)生摩擦和碰撞時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)的分子在碰撞的過(guò)程中獲得能量，也使分子運(yùn)動(dòng)加快，這時(shí)電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。電流流過(guò)金屬導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體會(huì)發(fā)熱，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電流的熱效應(yīng)。根據(jù)焦耳定律，在通電時(shí)間t 秒內(nèi)，總的發(fā)熱量為 ：Q=I2Rt 焦耳。

可見(jiàn)導(dǎo)體的發(fā)熱情況與電流的平方成正比，導(dǎo)體的電阻成正比，與導(dǎo)體的截面積成正比(由于電阻值跟導(dǎo)體的截面積成正比)，同時(shí)也和電流持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短、導(dǎo)體的形狀、散熱環(huán)境等因素有關(guān)。

1.2 日常原因

（1）運(yùn)行模式。導(dǎo)電回路產(chǎn)生熱量是正常現(xiàn)象，高壓閘刀在工作電流超過(guò)額定電流70%就會(huì)造成過(guò)熱現(xiàn)象。若是異常天氣或事故情況下，運(yùn)行方式變化導(dǎo)致某閘刀通過(guò)過(guò)大電流，根據(jù)發(fā)熱量與電流平方成正比，該閘刀對(duì)應(yīng)發(fā)熱情況也會(huì)相應(yīng)增加（圖1、2）。

（2）環(huán)境因素。室外高壓閘刀工作環(huán)境復(fù)雜，設(shè)備電流回路連接點(diǎn)(閘刀觸頭)等位置經(jīng)常受到風(fēng)吹、雨淋、雪融、暴曬、冰凍等自然天氣變化造成的侵蝕，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行后，這些接頭很容易發(fā)生氧化、腐蝕，形成氧化膜，導(dǎo)致連接處接觸電阻增大，接觸不良。該現(xiàn)象如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，接頭的氧化程度將進(jìn)一步惡化，造成變電站設(shè)備局部溫度驟然上升，引起變電站運(yùn)行設(shè)備發(fā)熱。

圖1 閘刀通過(guò)大電流引起發(fā)熱

圖2 閘刀出線接頭長(zhǎng)期侵蝕后發(fā)熱

（3）操作因素。在高壓閘刀實(shí)際操作過(guò)程中，用力不當(dāng)或者是調(diào)試不當(dāng)，都會(huì)造成變電站高壓閘刀的合閘不到位，觸頭的壓力不足，造成接觸不良，引起觸頭過(guò)熱（圖3、4）。

圖3 閘刀刀口操作不到位導(dǎo)致發(fā)熱

圖4 閘刀觸頭、觸指無(wú)法緊密咬合導(dǎo)致發(fā)熱

（4）設(shè)備因素。設(shè)備本身在制造上存在問(wèn)題，質(zhì)量未過(guò)關(guān)，高壓閘刀觸頭的彈簧長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，失去了彈性，壓力明顯降低，造成導(dǎo)電臂和觸頭之間接觸不良，電阻增加，引起發(fā)熱。

（5）安裝因素。在對(duì)閘刀進(jìn)行安裝與調(diào)試的過(guò)程中，由于相關(guān)技術(shù)人員的專(zhuān)業(yè)技術(shù)等問(wèn)題導(dǎo)致安裝時(shí)接頭的連接不緊密，使得閘刀與觸頭之間電阻增大，更容易發(fā)熱出現(xiàn)氧化（圖5）。

圖5 閘刀接頭安裝不緊密導(dǎo)致接線板發(fā)熱

2 高壓閘刀發(fā)熱影響

2.1 直接影響

（1）導(dǎo)致材料的劣化。發(fā)熱溫度超過(guò)設(shè)備所能夠承受的熱量時(shí)，其設(shè)備材料就會(huì)發(fā)生劣化現(xiàn)象，金屬過(guò)熱融化，有機(jī)絕緣材料脆化，絕緣性能下降。

（2）引發(fā)火災(zāi)事故。當(dāng)電力設(shè)備溫升過(guò)高，擊穿絕緣引發(fā)短路事故，短路的熱效應(yīng)可引起燃燒，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)，甚至?xí)?dǎo)致爆炸，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行和人員安全造成極大威脅。

（3）損耗增加。導(dǎo)體發(fā)熱會(huì)增大電阻，使電能的損耗進(jìn)一步增大造成惡性循環(huán)，最終損壞設(shè)備。

2.2 間接影響

（1）高壓閘刀發(fā)熱后，為緩解發(fā)熱情況，需對(duì)發(fā)熱閘刀所通過(guò)電流進(jìn)行調(diào)整，影響負(fù)荷、功率的正常輸送模式和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，負(fù)荷轉(zhuǎn)移手段有限則會(huì)導(dǎo)致部分負(fù)荷被迫控制。

（2）處理高壓閘刀發(fā)熱的缺陷，增加了變電站非計(jì)劃倒閘操作次數(shù)，增加了操作風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行造成影響。

3 高壓閘刀發(fā)熱處理

高壓閘刀發(fā)熱的處理思路主要有三種：第一，負(fù)荷轉(zhuǎn)移或調(diào)整，緩解發(fā)熱情況。第二，利用其它設(shè)備替代該發(fā)熱設(shè)備運(yùn)行，如旁路閘刀或正副母閘刀。第三，情況緊急，快速負(fù)荷轉(zhuǎn)移后或直接拉停發(fā)熱高壓閘刀所在間隔。

如按是否需要立即隔離為區(qū)分標(biāo)準(zhǔn),高壓閘刀發(fā)熱處理分為發(fā)熱情況較輕，發(fā)熱情況較重兩種。

3.1 發(fā)熱情況較輕，無(wú)需立即隔離

（1）轉(zhuǎn)移該閘刀流過(guò)負(fù)荷電流，高壓閘刀發(fā)熱情況得到緩解，具備長(zhǎng)期運(yùn)行的條件。

（2）有旁路開(kāi)關(guān)的，用旁路開(kāi)關(guān)旁代高壓閘刀所在間隔。

（3）雙母接線方式下母線高壓閘刀發(fā)熱，通過(guò)倒排改變閘刀運(yùn)行方式。

（4）發(fā)熱高壓閘刀流過(guò)電流可通過(guò)電廠出力調(diào)整，調(diào)節(jié)電廠出力。

3.2 發(fā)熱情況嚴(yán)重，需立即隔離

（1）本級(jí)環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，可直接拉停高壓閘刀所在間隔開(kāi)關(guān)。如圖6 所示，A1 間隔線路閘刀發(fā)熱嚴(yán)重，A、B 兩線環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，則直接拉停A1 間隔。

圖6 發(fā)熱情況較重案例1

圖7 發(fā)熱情況較重案例2

（2）間隔拉停后負(fù)荷可通過(guò)安自裝置自動(dòng)調(diào)整或負(fù)荷損失影響較小，可直接拉停高壓閘刀所在間隔開(kāi)關(guān)。如圖7所示，C 站內(nèi)橋接線方式，線路備自投投入狀態(tài)，A1 間隔線路閘刀發(fā)熱嚴(yán)重，則直接拉停A1 間隔，C 站通過(guò)備自投切換至B 線供電。

（3）間隔拉停后造成負(fù)荷較大損失，可通過(guò)遙控方式轉(zhuǎn)移全部或部分負(fù)荷后立即拉停高壓閘刀所在間隔開(kāi)關(guān)。

4 高壓閘刀發(fā)熱預(yù)控

4.1 投入運(yùn)行前

（1）把好新設(shè)備交接試驗(yàn)關(guān)，對(duì)新設(shè)備出廠質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的把關(guān)，這樣才能在最后產(chǎn)出時(shí)選出質(zhì)量過(guò)關(guān)的產(chǎn)品，其中設(shè)備的選擇上要嚴(yán)格按照國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

（2）對(duì)于新投運(yùn)變電站應(yīng)選用可靠性高、技術(shù)先進(jìn)的設(shè)備。安裝時(shí)應(yīng)注意安裝工藝，對(duì)戶(hù)外閘刀的引線連接應(yīng)采用銅鋁設(shè)備線夾連接，大電流回路應(yīng)使用銅鋁過(guò)渡板。銅鋁線夾或銅鋁過(guò)渡板均應(yīng)對(duì)銅質(zhì)部分搪錫，以提高接觸效果，降低接觸電阻。

4.2 投入運(yùn)行后

（1）加強(qiáng)巡視。變電站值班員每天應(yīng)巡視隔離開(kāi)關(guān),尤其要巡視通流導(dǎo)體有無(wú)發(fā)熱，同時(shí)應(yīng)根據(jù)當(dāng)時(shí)環(huán)境溫度及工作電流判斷發(fā)熱是否正常,也可以在閘刀通流部位貼示溫片，觀察有無(wú)熱融。

（2）正確操作閘刀。在操作閘刀時(shí)，不得用力過(guò)度，密切注視閘刀傳動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)情況。合閘時(shí)，動(dòng)靜觸頭剛接觸時(shí)應(yīng)迅速果斷地將閘刀合上；分閘時(shí)，在動(dòng)靜觸頭剛離開(kāi)時(shí)，也應(yīng)迅速拉開(kāi)，盡量減少燃弧時(shí)間，以減少動(dòng)靜觸頭的電弧燒損。

（3）提高檢修工藝質(zhì)量。在設(shè)備的日常防護(hù)維修中做好工作，盡最大可能的減緩設(shè)備的氧化，利用計(jì)劃停電，春、秋季檢修機(jī)會(huì)在結(jié)合部位采用涂抹復(fù)合脂的方法，防止其氧化。在設(shè)備的接頭部分要保證螺絲的穩(wěn)固性能良好，這對(duì)于整體設(shè)備都有著顯著的保護(hù)作用。

（4）更新改造老舊的閘刀。逐步淘汰一些運(yùn)行多年、結(jié)構(gòu)不合理的老型號(hào)閘刀，徹底解決導(dǎo)電回路過(guò)熱的缺陷。

5 結(jié)語(yǔ)

高壓閘刀異常發(fā)熱既有設(shè)備本身的原因，也有檢修安裝施工等方面的原因，一旦出現(xiàn)異常發(fā)熱，損耗增加，并直接影響到設(shè)備的安全運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)絕緣擊穿，引起火災(zāi)。同時(shí)，在處理高壓閘刀發(fā)熱時(shí)，輕則轉(zhuǎn)移負(fù)荷，重則拉停設(shè)備導(dǎo)致負(fù)荷損失，間接影響非常嚴(yán)重。本文從高壓閘刀發(fā)熱的危害、原因、處理等多角度進(jìn)行分析和探討，并在最后從投入運(yùn)行前、投入運(yùn)行后兩方面，對(duì)高壓閘刀的發(fā)熱問(wèn)題提出了預(yù)控措施，為該問(wèn)題的標(biāo)本兼治提供了可行方案。