GZX-40.5kV充氣柜直流電源改造

彭彥軍,董海亮,韋有奎,滕本科

（桂林供電局,廣西 桂林 541000）

1 引言

斷路器在電網(wǎng)當(dāng)中有著至關(guān)重要的作用。在正常情況下它能接通和斷開(kāi)高壓電路中的空載及負(fù)荷電流，并在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)能與保護(hù)和自動(dòng)裝置相配合，迅速切斷故障電流，防止事故擴(kuò)大，從而保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2013 年，桂林供電局使用的GZX-40.5kV型充氣柜在操作時(shí)頻繁出現(xiàn)二次回路故障，體現(xiàn)在直流變換器報(bào)警，導(dǎo)致充氣柜二次控制回路失電，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)可靠供電。

針對(duì)上述問(wèn)題，除對(duì)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)直流電源模塊進(jìn)行整體更換外，尚無(wú)有效解決辦法，且電源模塊的更換對(duì)整個(gè)產(chǎn)品運(yùn)行成本及供電可靠性都將產(chǎn)生不利影響。因此，亟需一種低成本、高效、可靠的措施來(lái)改善缺陷日益凸顯的狀況。

2 開(kāi)關(guān)柜概述

2.1 開(kāi)關(guān)柜整體結(jié)構(gòu)

GZX-40.5kV柜式氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備（簡(jiǎn)稱充氣柜）為SF6氣體絕緣金屬外殼固定式開(kāi)關(guān)柜，是三相交流母線分段的戶內(nèi)成套裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 GZX-40.5kV充氣柜主體結(jié)構(gòu)

圖1所示充氣柜主要由斷路器室、二次室、CT室及柜后電纜室組成，上述幾部分共同配合實(shí)現(xiàn)對(duì)供電系統(tǒng)和負(fù)荷的控制、何護(hù)及檢測(cè)。

2.2 直流電源在開(kāi)關(guān)柜中的作用

GZX-40.5kV充氣柜采用的SET系列直流-直流變換開(kāi)關(guān)電源由深圳斯特克電子技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司開(kāi)發(fā)，適用于尋呼機(jī)功放、電力系統(tǒng)、集群系統(tǒng)、移動(dòng)通信基站等通信系統(tǒng)領(lǐng)域。電力系統(tǒng)中，該電源模塊主要用于開(kāi)關(guān)柜內(nèi)二次信號(hào)回路及PLC控制器電能供給，實(shí)現(xiàn)后臺(tái)機(jī)和保護(hù)裝置對(duì)開(kāi)關(guān)柜狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控及控制。

3 存在問(wèn)題及原因分析

3.1 存在問(wèn)題

桂林網(wǎng)區(qū)某110kV變電站現(xiàn)有的GZX-40.5kV充氣柜缺陷頻發(fā)，根據(jù)運(yùn)行值班人員提供的數(shù)據(jù)，該型號(hào)充氣柜僅2012~2013期間發(fā)生缺陷次數(shù)及實(shí)際缺陷部位（表所示）。

由表1可知，該型號(hào)充氣柜在同一110kV變電站一年時(shí)間同一故障發(fā)生率高達(dá)83.3%，已嚴(yán)重影響到供電可靠性。

3.2 原因分析

桂林網(wǎng)區(qū)某110kV變電站GZX-40.5kV充氣柜缺陷情況統(tǒng)計(jì)

（1）開(kāi)關(guān)電源模塊散熱設(shè)計(jì)不合理：直流變換器的過(guò)熱保護(hù)值為80℃。當(dāng)溫度達(dá)到70℃時(shí)，裝置故障報(bào)警燈亮，過(guò)熱保護(hù)不動(dòng)作；當(dāng)溫度達(dá)到80℃時(shí)，裝置故障報(bào)警燈繼續(xù)亮，過(guò)熱保護(hù)動(dòng)作，切斷電源，裝置工作指示燈滅。經(jīng)調(diào)查分析，該電源模塊內(nèi)部元器件設(shè)計(jì)太過(guò)緊湊，導(dǎo)致散熱不良，造成其頻繁退出運(yùn)行。

（2）運(yùn)行環(huán)境影響：該110kV變電站地處工業(yè)中心，其周圍粉塵污染嚴(yán)重，在這種運(yùn)行環(huán)境下，開(kāi)關(guān)電源由于靜電吸附原因極易造成內(nèi)部粉塵堆積，從而導(dǎo)致開(kāi)關(guān)電源IGBT等開(kāi)關(guān)元件散熱性能下降，觸發(fā)電源模塊熱保護(hù)啟動(dòng)。因此，良好的防塵措施對(duì)提高開(kāi)關(guān)電源散熱性能有較好的作用。

4 改進(jìn)措施

（1）在裝置功率元件一側(cè)加裝散熱片，并于散熱片上面裝設(shè)常規(guī)風(fēng)扇，從而擴(kuò)大散熱面積，增強(qiáng)空氣流通，起到散熱降溫作用，如圖3所示改進(jìn)前后示意圖。

圖2 改造前后DC/DC整流模塊示意圖

（2）在裝置本體進(jìn)風(fēng)孔加防塵網(wǎng)，防止灰塵進(jìn)入裝置內(nèi)部，設(shè)備維護(hù)人員定期對(duì)濾網(wǎng)進(jìn)行清掃，從而減輕元器件表面覆塵，利于裝置正常散熱，如圖3所示加裝防塵網(wǎng)后開(kāi)關(guān)電源示意圖。對(duì)裝置實(shí)施上述改進(jìn)后，其改進(jìn)前后對(duì)比如圖4所示。

5 實(shí)施結(jié)果

改進(jìn)措施實(shí)施后，為驗(yàn)證改進(jìn)效果，對(duì)開(kāi)關(guān)電源分別在0.5倍、0.8倍及1.0倍負(fù)載下進(jìn)行了為期5天的帶負(fù)荷試驗(yàn)，圖5為不同負(fù)載下開(kāi)關(guān)電源的溫度曲線，由圖5可知，隨著負(fù)荷的增大，開(kāi)關(guān)電源問(wèn)題總體呈上升趨勢(shì)；負(fù)載不變的情況下，同一溫度曲線基本保持平滑；開(kāi)關(guān)電源在額定負(fù)載下運(yùn)行，最高溫度不超過(guò)57℃，未達(dá)報(bào)警值，開(kāi)關(guān)電源可靠性得到顯著提高。

6 結(jié)論

（1）散熱不良是導(dǎo)致開(kāi)關(guān)電源故障頻發(fā)的主要原因。

（2）加裝散熱片及防塵網(wǎng)有效的增強(qiáng)了開(kāi)關(guān)電源的散熱性能，開(kāi)關(guān)電源的整體性能得到了優(yōu)化。

圖3 防塵改造前后裝置外觀示意圖

圖4 開(kāi)關(guān)電源改進(jìn)前后對(duì)比

（3）為進(jìn)一步提升開(kāi)關(guān)電源的性能，建議相關(guān)人員定期對(duì)新裝防塵網(wǎng)進(jìn)行清理，以加強(qiáng)開(kāi)關(guān)電源的空氣流通。

圖5 不同負(fù)載下開(kāi)關(guān)電源的溫度曲線

（4）本文提出的散熱及防塵改進(jìn)措施對(duì)其它應(yīng)用也有一定借鑒意義。