電力變電站運行中設(shè)備發(fā)熱的原因及預防措施淺析

徐彪

（蘇州源展材料科技有限公司，江蘇 蘇州 215000）

現(xiàn)階段，隨著社會用電需求的進一步擴大，變電站設(shè)備體系的規(guī)模和復雜程度都在不斷提升，給設(shè)備維護與管理工作帶來了極大的難題，設(shè)備故障或異常問題時有發(fā)生，嚴重影響變電站的供電穩(wěn)定性。設(shè)備發(fā)熱問題就是其中一個重要問題，發(fā)熱問題的存在使得相關(guān)設(shè)備中的電子元件可能在高溫下?lián)p壞而無法正常工作，過多的熱量也會直接造成零部件的損壞，如接線端子變形、絕緣材料老化等，給變電站的安全穩(wěn)定運行帶來了極大的隱患。因此，出于保證設(shè)備正常運行和穩(wěn)定需求方面的考慮，依然有必要對變電站運行中設(shè)備發(fā)熱的原因進行明確，這將有助于進一步采取措施實施預防，保證變電站設(shè)備運行的可靠性。

1 電力變電站運行中設(shè)備發(fā)熱問題概述

電力變電站運行中設(shè)備發(fā)熱問題是指設(shè)備在運行過程中產(chǎn)生過多的熱量無法消散，可能導致設(shè)備過熱、損壞甚至引發(fā)火災等安全問題。在變電站設(shè)備體系中，發(fā)熱的設(shè)備包括變壓器、電纜、開關(guān)設(shè)備等，發(fā)熱原因比較復雜，可能是由于設(shè)備過載、短路、接觸不良等，具體原因需要結(jié)合實際情況進行分析。目前，變電站設(shè)備發(fā)熱問題依然是一個存在的挑戰(zhàn)，特別是隨著電力需求的增長和變電站設(shè)備的老化，設(shè)備發(fā)熱問題可能會變得更加普遍和嚴重，所造成的危害也更為迫切。在這樣的情況下，及時發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)備發(fā)熱問題就顯得尤為關(guān)鍵。綜合來看，發(fā)熱問題主要存在以下幾個方面的危害。

1.1 加速設(shè)備老化

高溫是引起設(shè)備老化的重要原因，原則上在正常的溫度范圍內(nèi)，電氣設(shè)備可以保持良好的壽命，但一旦超出正常溫度，內(nèi)部元器件會因為高溫而加速老化，失去原有的穩(wěn)定性和性能。比如，接線端子高溫變形、塑料絕緣材料高溫脆化等，這些問題會直接降低設(shè)備的使用壽命，若不及時采取措施進行處理，可能會增加設(shè)備運行的風險。

1.2 降低設(shè)備性能

變電站設(shè)備發(fā)熱會使得設(shè)備性能進一步降低，特別是變壓器等設(shè)備，在長期高溫下運行，可能會導致絕緣材料性能下降、內(nèi)部結(jié)構(gòu)損壞等，使得應有的變電能力受到影響。一些設(shè)備內(nèi)部的電氣元件、導線等也會因為高溫產(chǎn)生熱阻，引起設(shè)備效率的下降，難以發(fā)揮正常的功能。

1.3 增加安全風險

1.4 電網(wǎng)穩(wěn)定下降

變電站屬于電網(wǎng)系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分，變電設(shè)備發(fā)熱，可能會引起一系列的連鎖反應，在相關(guān)設(shè)備因發(fā)熱而產(chǎn)生故障的情況下，可能會進一步造成電網(wǎng)穩(wěn)定性下降，甚至有可能引發(fā)供電中斷等方面的問題，帶來不良社會影響的同時，還會增加維修成本，形成一定的經(jīng)濟損失。

2 電力變電站運行中設(shè)備發(fā)熱及原因分析

2.1 外部接頭發(fā)熱及其原因

電力變電站運行中，設(shè)備外部接頭發(fā)熱是常見的發(fā)熱問題。外部接頭指的是設(shè)備外部的連接部分，用于同其他設(shè)備或者線路進行連接。外部接頭發(fā)熱的主要原因在于其接觸不良，無法保持牢固的連接，導致接頭部位電阻增大，從而在運行過程中產(chǎn)生局部發(fā)熱的問題。根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt（J）。

式中，Q為電流通過導體產(chǎn)生的熱量（J）；I為通過導體的電流(A)；R為導體的電阻(Ω)；t為時間。

當接頭接觸不良的情況下，接觸電阻會增加，從而就會導致電流通過導體所產(chǎn)生的熱量增加，引起溫度升高的問題，若是超出接頭部位相關(guān)材料的承受極限，就可能會引起燒毀或者火災問題。而造成接頭接觸不良的原因比較復雜，在安裝過程中由于未能按照技術(shù)要求進行安裝，可能會導致接頭接觸不良的問題，造成接頭發(fā)熱；后期使用過程中，因為外部環(huán)境因素，導致接頭松動、生銹等，也會引起接頭接觸不良，造成接頭發(fā)熱；電力變電站設(shè)備維護工作不到位，導致接頭錯位或者松動，引起接頭接觸不良，造成接頭發(fā)熱。

2.2 刀閘發(fā)熱及其原因

刀閘發(fā)熱問題是指在變電站的運行過程中，刀閘某些部分出現(xiàn)溫度過高的情況。刀閘屬于變電站開關(guān)的一種，一般用以控制電路通斷，根據(jù)電壓和電流等級的不同，使用范圍也有所差別。刀閘發(fā)熱的原因比較復雜，刀閘設(shè)計或結(jié)構(gòu)不合理、刀閘過負荷等問題均會導致刀閘的發(fā)熱。根據(jù)熱功率公式P=I2R（W）。

式中，P為熱功率（W）；I為通過電流強度（A）；R為載流導體電阻（Ω）。

可以計算電流通過刀閘時的發(fā)熱功率。在刀閘自身設(shè)計或結(jié)構(gòu)不合理的情況下，其電阻會比較大，相應的熱功率也就比較大，電流通過刀閘的時候，就會引起刀閘發(fā)熱問題；刀閘過負荷情況下，通過刀閘的電流增加，相應的熱功率也會增加，同樣也會引起刀閘的發(fā)熱問題。變電站設(shè)備系統(tǒng)中，一般會根據(jù)電壓、電流等級選擇合適的刀閘設(shè)備進行安裝，因此，過負荷問題多是由于在刀閘安裝過程中，未能注意到刀閘的質(zhì)量問題，導致其不能承受相應的荷載，使得運行過程中造成發(fā)熱問題。

2.3 變壓器發(fā)熱及其原因

變壓器是電力變電站中的用以變電的重要設(shè)備，包括線圈、鐵芯等幾部分組成，發(fā)揮著非常重要的電壓變化、隔離、穩(wěn)壓等方面的作用。變壓器發(fā)熱問題是由于電流通過變壓器線圈，產(chǎn)生熱量導致溫度升高。變壓器發(fā)熱屬于正?，F(xiàn)象，但需要保持溫度在合理的范圍內(nèi)，一旦熱量聚集導致變壓器過熱，將會對變壓器正常運行及壽命產(chǎn)生影響。因此，應對變壓器發(fā)熱的問題予以特別的關(guān)注。

變壓器發(fā)熱的原因也比較多，在設(shè)備運行過程中，由于磁通密度過高，會導致鐵芯負載過重，造成鐵損耗和渦流損耗的問題，使得變壓器熱量增加，引起連接觸點發(fā)熱或者放油閥發(fā)熱等情況。根據(jù)渦流損耗公式P=kB2f2t2V。式中，P為渦流損耗，k為渦流損耗系數(shù)，B為磁通密度，f為磁場反轉(zhuǎn)頻率，t為疊片厚度，V為磁性材料體積。

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通過公式可以得知，當磁通密度過高的情況下，會導致渦流損耗增加，從而引起變壓器的發(fā)熱問題。變壓器運行過程中會產(chǎn)生諧波，諧波電流會在變壓器繞組中產(chǎn)生額外的損耗，導致變壓器溫度的升高。鐵芯同樣會受到諧波影響而產(chǎn)生額外的損耗，損耗轉(zhuǎn)化為熱量，會使得變壓器各部件溫度產(chǎn)生上升的情況。

2.4 其他發(fā)熱原因分析

2.4.1 材料本身導致的發(fā)熱

變電站設(shè)備發(fā)熱的一個重要原因在于設(shè)備材質(zhì)本身。變電站設(shè)備體系中，一些材質(zhì)可能會由于其自身的特性，如較高的電阻率和損耗率等特性，當電流通過的時候，便會將部分能量轉(zhuǎn)化為熱量，引起發(fā)熱的問題。

2.4.2 設(shè)備使用不當導致發(fā)熱

設(shè)備使用不當是引起發(fā)熱的關(guān)鍵因素。主要表現(xiàn)為設(shè)備在使用過程中未按照要求進行操作，導致接觸不良或松動問題，增加接頭處發(fā)熱的風險。設(shè)備負載過大，超出設(shè)計負荷的情況下，設(shè)備被迫承受更大的電壓、電流，也會導致設(shè)備的發(fā)熱。

2.4.3 環(huán)境因素導致發(fā)熱

環(huán)境因素同樣會引起設(shè)備的發(fā)熱問題。在散熱不良的環(huán)境條件下，設(shè)備所產(chǎn)生的熱量無法及時散失，會導致設(shè)備過熱的問題。設(shè)備露天環(huán)境下，被陽光暴曬，加上設(shè)備運行所產(chǎn)生的熱量，也會引起設(shè)備過熱。灰塵和污垢的積累，會直接影響散熱效果，導致設(shè)備發(fā)熱問題嚴重。

3 電力變電站運行中設(shè)備發(fā)熱的預防措施

3.1 做好設(shè)備溫度監(jiān)控

設(shè)備溫度監(jiān)控有助于掌握設(shè)備溫度的實際情況，從而判斷其是否存在過熱的問題，及時采取措施進行處理，以避免持續(xù)積溫造成不良后果。對設(shè)備溫度的監(jiān)控可使用紅外測溫法和示溫蠟片法2種。

3.1.1 紅外測溫法

紅外測溫法是電力變電站設(shè)備溫度監(jiān)測常用的一種辦法。其主要技術(shù)原理在于通過紅外成像技術(shù)或者紅外測溫儀來對設(shè)備表面的溫度進行直接測定，從而了解設(shè)備運行時的溫度變化情況，掌握設(shè)備高溫區(qū)域，幫助分析設(shè)備發(fā)熱的原因。紅外測溫法利用了物體高溫輻射的紅外能量與其溫度之間的關(guān)系，借助設(shè)備掃描作用，快速掌握設(shè)備溫度數(shù)據(jù)，從而判斷設(shè)備是否存在過熱問題，并以此確定是否采取措施進行處理。紅外測溫法應盡量避免在惡劣天氣狀況下使用，這將會影響測溫結(jié)果，應在使用中予以注意。

3.1.2 示溫蠟片法

示溫蠟片是一種能夠用以對溫度進行測量的產(chǎn)品，其經(jīng)過特殊設(shè)計和顯色原理，在不同的溫度下會呈現(xiàn)出不同的顏色，從而直觀地反映設(shè)備的溫度狀態(tài)。示溫蠟片法在變電站電氣設(shè)備溫度監(jiān)控中有著極為廣泛的應用，將其粘貼到設(shè)備需要測溫的地方后，即可實現(xiàn)對溫度的掌控。若是設(shè)備出現(xiàn)過熱的問題，那么示溫蠟片就會產(chǎn)生顏色上的變化。在日常運維中，通過對蠟片顏色的觀察，即可了解設(shè)備運行溫度情況，從而及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備過熱的問題。示溫蠟片法操作簡單，將溫度信息可視化，有助于更便捷快速地幫助運維人員掌握設(shè)備溫度狀況。

3.2 加強設(shè)備巡查工作

電力變電站中的設(shè)備巡查工作是一項極為重要的工作，是了解設(shè)備運行狀態(tài)的重要途徑。變電站應當加強設(shè)備巡查，以在設(shè)備出現(xiàn)過熱問題的時候，及早發(fā)現(xiàn)并采取措施進行處理。應當根據(jù)變電站運行的實際情況，制定巡視計劃，對變電站中的各類設(shè)備進行定期巡視。重點關(guān)注變壓器、斷路器、刀閘、絕緣子等關(guān)鍵設(shè)備，通過目視、鼻嗅等辦法，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備發(fā)熱、異常噪音、異味等異常情況。巡視時要注重細節(jié)，觀察設(shè)備的外觀是否有異?，F(xiàn)象，如漏油、漏水、損壞等，及時發(fā)現(xiàn)問題，有針對性地進行維護和更換。氣溫較高或較低的極端天氣條件下，加強設(shè)備巡查，防止因氣溫過高或過低引起設(shè)備溫度異常。

3.3 重視設(shè)備安裝管理

設(shè)備安裝不到位是引起后期運行中發(fā)熱的重要原因，做好設(shè)備安裝管理，將從根本上解決這一問題所帶來的發(fā)熱故障。變電站電力設(shè)備安裝過程中，應當嚴格按照設(shè)備安裝規(guī)范和要求進行安裝，保證設(shè)備的安裝質(zhì)量和技術(shù)參數(shù)符合要求。合理規(guī)劃設(shè)備的安裝位置和布局，保證設(shè)備之間的距離和通風情況，避免設(shè)備過于擁擠、通風不良導致發(fā)熱問題。安裝完成后，對安裝質(zhì)量進行驗收，重點檢查設(shè)備固定和支撐、接線質(zhì)量等，避免后期運行過程中出現(xiàn)接觸不良等問題，使得由此而引起的設(shè)備發(fā)熱問題得到預防。

3.4 合理應用診斷手段

診斷手段是進一步了解變電站設(shè)備發(fā)熱問題的關(guān)鍵。在實際的變電站設(shè)備運行管理中，除了通過紅外測溫等辦法對溫度進行測定外，還可以通過振動判斷、聲波診斷、油質(zhì)分析等辦法來預防設(shè)備發(fā)熱問題。振動判斷是通過振動傳感器，分析振動信號判斷設(shè)備運行狀態(tài)，了解異常振動情況，解決因振動而導致的接觸不良問題。聲波診斷則通過對設(shè)備運行聲音的監(jiān)測和分析，判斷設(shè)備異常聲音，預防設(shè)備發(fā)熱問題。油質(zhì)分析則主要針對變壓器等設(shè)備，通過了解油質(zhì)情況，判斷其絕緣狀態(tài)，從而對設(shè)備發(fā)熱問題進行預防。

4 結(jié)語

綜上所述，電力變電站運行中，設(shè)備發(fā)熱問題危害極大，不僅會降低設(shè)備的使用壽命，還會對電網(wǎng)運行穩(wěn)定性造成影響。而設(shè)備發(fā)熱的原因多種多樣，這包括設(shè)備老化、過載運行、環(huán)境溫度過高等，為預防設(shè)備發(fā)熱問題，必須要做好溫度監(jiān)控，加強對設(shè)備的巡查，并重視設(shè)備安裝管理，利用合理的診斷手段，以降低設(shè)備發(fā)熱問題產(chǎn)生的概率，保障變電站設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。