一種在線處置高壓直流關(guān)鍵設(shè)備發(fā)熱的智能高速氣流散熱裝置研制

蔣益　李寧　劉軍　林康泉　黃勇源

摘要：設(shè)備發(fā)熱是換流站最常見的缺陷種類之一，目前尚無有效措施能在維持輸送負(fù)荷正常的同時(shí)保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行。傳統(tǒng)的處理措施是申請(qǐng)停電或降負(fù)荷運(yùn)行，缺點(diǎn)是設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)高、經(jīng)濟(jì)損失大、人員作業(yè)強(qiáng)度大。鑒于此，研制了一種在線處置高壓直流關(guān)鍵設(shè)備發(fā)熱的智能高速氣流散熱裝置，其能有效降低設(shè)備發(fā)熱點(diǎn)的溫度，減少非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)，適用于多種直流關(guān)鍵設(shè)備的發(fā)熱處置。

關(guān)鍵詞：高壓直流輸電;發(fā)熱;在線處置;散熱

0 引言

在高壓直流輸電系統(tǒng)中，直流關(guān)鍵設(shè)備接頭發(fā)熱是換流站最常見的缺陷種類之一，目前尚無有效控制措施能在保障輸送功率正常的同時(shí)確保設(shè)備安全可靠運(yùn)行[1]。

本文針對(duì)目前處置高壓直流關(guān)鍵設(shè)備發(fā)熱缺陷的不足，提出了一個(gè)在線處理高壓直流關(guān)鍵設(shè)備發(fā)熱的方案，研制了一種智能高速氣流散熱裝置。該裝置能有效降低設(shè)備發(fā)熱點(diǎn)的溫度，減少非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)，適用于多種直流關(guān)鍵設(shè)備的發(fā)熱處置。

1 研究背景及現(xiàn)有發(fā)熱處置措施

1.1? ? 研究背景

興安直流作為“西電東送”的主要大通道之一，其2020年的運(yùn)維面臨兩大壓力：一是持續(xù)增長的送電壓力，如圖1所示，興安直流2020年送電量達(dá)218.77億kWh，通道利用小時(shí)數(shù)達(dá)7 292 h;二是站內(nèi)設(shè)備維護(hù)壓力，如圖2所示，因興安直流送電量劇增，設(shè)備運(yùn)行年限長等眾多因素，2020年興仁站設(shè)備發(fā)熱數(shù)量不斷增多，其中緊急缺陷3個(gè)，重大缺陷2個(gè)，一般缺陷22個(gè)。

1.2? ? 現(xiàn)有處置設(shè)備發(fā)熱的措施

圖3所示為目前高壓直流輸電工程中直流關(guān)鍵設(shè)備發(fā)熱（緊急缺陷、重大缺陷、一般缺陷）的處置措施或手段。當(dāng)直流關(guān)鍵設(shè)備發(fā)熱為重大或緊急缺陷時(shí)，主要面臨三大問題：設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)高，多次停運(yùn)損失大，人員作業(yè)強(qiáng)度大。為保證設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，必須采取降負(fù)荷運(yùn)行的方式來降低設(shè)備發(fā)熱溫度，或是申請(qǐng)停電檢修處理[2]。

1.3? ? 現(xiàn)有處置方式的缺點(diǎn)

2020-03-26T16：20，興仁站運(yùn)維人員紅外巡視時(shí)發(fā)現(xiàn)極2中性母線穿墻套管直流場側(cè)接頭處溫度為103 ℃，按照缺陷定級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，穿墻套管接頭發(fā)熱點(diǎn)溫度>80 ℃或相對(duì)溫差δ≥95%，為緊急缺陷。申請(qǐng)兩次降功率為2 600 MW運(yùn)行后，極2中性母線穿墻套管經(jīng)37次紅外巡視溫度仍為86.4 ℃，屬于緊急缺陷。為保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行，運(yùn)維人員連夜填報(bào)了停電檢修申請(qǐng)，對(duì)套管接線柱及線夾進(jìn)行處理。經(jīng)過檢修人員夜間持續(xù)6 h的艱苦奮戰(zhàn)，缺陷終于得以消除。

由興仁換流站“3·26”極2中性母線穿墻套管發(fā)熱緊急缺陷處置過程可以看出，目前發(fā)熱缺陷處置存在以下缺點(diǎn)：（1）運(yùn)維人員需要多次往返現(xiàn)場，跟蹤設(shè)備發(fā)熱點(diǎn)溫度;（2）降低功率運(yùn)行，負(fù)荷受限;（3）非計(jì)劃緊急停運(yùn)，人員作業(yè)強(qiáng)度大;（4）關(guān)鍵設(shè)備導(dǎo)致直流停運(yùn)，經(jīng)濟(jì)損失大。

2 智能高速氣流散熱裝置的研制

2.1? ? 第一代智能高速氣流散熱裝置

針對(duì)現(xiàn)有高壓直流關(guān)鍵設(shè)備發(fā)熱處置面臨的設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)高、停運(yùn)經(jīng)濟(jì)損失大、人員作業(yè)強(qiáng)度大等三大難題，興仁站運(yùn)維人員從電吹風(fēng)及視頻監(jiān)控技術(shù)的原理出發(fā)，研制了一種在線處置高壓直流關(guān)鍵設(shè)備發(fā)熱的智能高速氣流散熱裝置來處理設(shè)備的發(fā)熱緊急缺陷。圖4所示為本文提出的第一代智能高速氣流散熱裝置，該裝置主要包括高速氣流風(fēng)機(jī)、絕緣導(dǎo)風(fēng)管。

2020-07-09T09：42，興仁換流站極2中性母線穿墻套管直流場側(cè)接頭再次發(fā)熱，溫度高達(dá)104 ℃，如圖5所示，遠(yuǎn)高于正常運(yùn)行時(shí)的溫度27.8 ℃，屬于緊急缺陷。興仁站運(yùn)維人員立即將研制的第一代高速氣流散熱裝置投入現(xiàn)場使用。

圖6所示為第一代智能高速氣流散熱裝置現(xiàn)場使用效果圖，從圖中可以看出，10 min內(nèi)極2中性母線穿墻套管直流場側(cè)接頭溫度由104 ℃降至28.4 ℃，與正常運(yùn)行時(shí)的溫度27.8 ℃相近。裝置在保障興安直流輸送功率不受影響的同時(shí)，保證了中性母線穿墻套管的安全穩(wěn)定運(yùn)行，減少了設(shè)備非計(jì)劃停運(yùn)的次數(shù)，降低了人員作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度。

然而，第一代高速氣流散熱裝置投入現(xiàn)場應(yīng)用后，運(yùn)維人員發(fā)現(xiàn)其存在以下問題：（1）絕緣導(dǎo)風(fēng)管高度不能伸縮，安全距離不可調(diào)節(jié)，適用設(shè)備類型單一;（2）運(yùn)維人員無法了解設(shè)備的實(shí)時(shí)溫度，裝置啟?？刂撇槐?（3）沒有解決運(yùn)維人員紅外巡視頻次高、效率低下的難題;（4）裝置笨重、難移動(dòng)，投入現(xiàn)場使用困難。

2.2? ? 第二代智能高速氣流散熱裝置

針對(duì)第一代高速氣流散熱裝置的缺點(diǎn)，運(yùn)維人員對(duì)其進(jìn)行了智能化的優(yōu)化升級(jí)，研制出第二代在線處置高壓直流關(guān)鍵設(shè)備發(fā)熱的智能高速氣流散熱裝置。如圖7所示，裝置主要包括輔助散熱風(fēng)機(jī)、絕緣伸縮導(dǎo)風(fēng)管、轉(zhuǎn)向輪、移動(dòng)紅外、啟停集成控制器、風(fēng)口旋轉(zhuǎn)管、防雨罩等部件。

裝置各部件主要功能如下：（1）轉(zhuǎn)向輪。裝置整體移動(dòng)便捷，可快速投入現(xiàn)場使用。（2）移動(dòng)紅外。監(jiān)測設(shè)備的發(fā)熱點(diǎn)溫度并通過網(wǎng)橋在機(jī)器人后臺(tái)實(shí)時(shí)顯示，可單獨(dú)使用，降低了運(yùn)維人員紅外巡視的頻率。（3）絕緣伸縮導(dǎo)風(fēng)管。高度可調(diào)節(jié)，適用于穿墻套管、刀閘、開關(guān)等多種設(shè)備發(fā)熱處理。（4）啟停集成控制器。裝置可根據(jù)設(shè)備的實(shí)時(shí)溫度實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟?？刂疲畲蟪潭缺Ｕ显O(shè)備的安全可靠運(yùn)行。（5）輔助散熱風(fēng)機(jī)。產(chǎn)生高速氣流，降低設(shè)備發(fā)熱點(diǎn)溫度，使設(shè)備恢復(fù)正常溫度運(yùn)行，保障直流功率的正常傳輸和設(shè)備的安全運(yùn)行。

3 應(yīng)用智能高速氣流散熱裝置的成效

裝置研制成功后，分別處置了興仁站“7·9”極2中性母線穿墻套管發(fā)熱緊急缺陷，“7·22”極2閥塔陽極電抗器連接線發(fā)熱緊急缺陷，裝置的散熱效率非常高，如圖8所示，僅10 min后，發(fā)熱設(shè)備的溫度就降至與正常設(shè)備相近的水平。該裝置在保障興安直流輸送功率不受影響的同時(shí)，保證了設(shè)備安全運(yùn)行，避免了兩次非計(jì)劃停運(yùn)，降低了人員作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度。如按照興安直流單極每小時(shí)送電1 500 000 kWh，每次停電6 h，上網(wǎng)電價(jià)0.32元/kWh計(jì)算，共獲得576萬元的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

本文結(jié)合2020年興仁換流站送電量及設(shè)備運(yùn)維壓力，分析了高壓直流關(guān)鍵設(shè)備發(fā)熱缺陷的現(xiàn)有處置措施和手段。針對(duì)現(xiàn)有措施面臨的三大難題，在網(wǎng)內(nèi)首次提出了基于電吹風(fēng)原理處置設(shè)備發(fā)熱的方式，并研制了一種在線處置高壓直流關(guān)鍵設(shè)備發(fā)熱的智能高速氣流散熱裝置。該裝置為網(wǎng)內(nèi)后續(xù)處理此類發(fā)熱問題提供了新思路、新措施，為保證直流系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。此外，該裝置還可在其他工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行推廣應(yīng)用。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 郭彬，劉江濤.高壓輸電線路導(dǎo)線連接點(diǎn)發(fā)熱問題的分析與探究[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2011，24（12）：117-118.

收稿日期：2021-02-02

作者簡介：蔣益（1990—），男，貴州普安人，助理工程師，主要從事高壓直流輸電設(shè)備運(yùn)行維護(hù)工作。