摘要:當(dāng)電力線路在長期服役后,一些線路上的設(shè)備開始顯現(xiàn)出部分缺陷的端倪,顯著增加了換流站的檢修以及維護(hù)工作。電力設(shè)備間的連接接頭(以下簡稱接頭)是整個特高壓直流換流站最重要的通流環(huán)節(jié)之一。對于接頭來說,阻抗值是其最為重要的一個參數(shù),如果阻抗值比較大,當(dāng)大電流通過時,就會產(chǎn)生大量的熱量。這些熱量快速在接頭處聚集,致使接頭的物理強(qiáng)度迅速下降,如果熱量過多,還可能導(dǎo)致熔化和熔斷,嚴(yán)重威脅到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。因此,有必要分析特高壓直流換流站接頭發(fā)熱原因,并提出防止接頭發(fā)熱的相關(guān)治理措施。
關(guān)鍵詞:特高壓直流換流站;接頭發(fā)熱;原因;治理措施
1發(fā)熱原因分析
某特高壓直流換流站在2017年至2018年總共發(fā)生了92次接頭發(fā)熱異常,進(jìn)而導(dǎo)致高壓直流臨時停運8次,引起電網(wǎng)負(fù)荷限制,嚴(yán)重影響到了電力系統(tǒng)的安全可靠性。通過綜合分析,導(dǎo)致接頭發(fā)熱的原因可以歸結(jié)為以下三種。
1.1設(shè)計裕度不足
在該站接頭發(fā)熱故障中,其中直流停運8次中有7次都屬于發(fā)熱位置的設(shè)計裕度不足,在92次發(fā)熱異常中,76處接頭發(fā)熱中都存在設(shè)計裕度不足,占比高達(dá)82.6%。例如西門子技術(shù)換流閥電抗器接頭和西開直流刀閘軟連接,其載流密度超過了0.4A/mm2,而標(biāo)準(zhǔn)值僅為0.0936A/mm2,這就使得發(fā)熱異?,F(xiàn)象十分嚴(yán)重。
1.2安裝工藝質(zhì)量管控不到位
在上述8次停運故障中,其中因為涂抹了過多的導(dǎo)電膏,進(jìn)而出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象就多達(dá)6次。同時,螺栓出現(xiàn)松動也時有發(fā)生,這些因素均是安裝工藝不達(dá)標(biāo)。
1.3金具質(zhì)量不良
在上述接頭發(fā)熱中,有一處接頭的載流密度為0.0473A/mm2,由標(biāo)準(zhǔn)值可知,該設(shè)計裕度是足夠的。然而依然出現(xiàn)了發(fā)熱現(xiàn)象,經(jīng)過詳細(xì)探查后發(fā)現(xiàn),該位置的金具質(zhì)量嚴(yán)重不達(dá)標(biāo),表面較為粗糙。
2特高壓直流換流站接頭發(fā)熱問題治理措施
2.1設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)分析
針對500kV及以下電壓等級的交流設(shè)備來說,如果電流超過2000A,而且選擇的是銅質(zhì)材料作為接觸面兩側(cè)材料時,應(yīng)該確保其載流密度控制在0.12A/mm2以內(nèi)。如果選擇的材料為鋁制材料,則載流密度需控制在0.0936A/mm2。接頭分為外部接頭和內(nèi)部接頭兩種,其中外部接頭指設(shè)備與外部金具相連的接頭,一般由設(shè)計院負(fù)責(zé)連接方案;內(nèi)部接頭指設(shè)備內(nèi)部各部分之間的連接,由設(shè)備制造廠自行設(shè)計和控制。當(dāng)前,關(guān)于直流接頭還沒有十分明確的標(biāo)準(zhǔn)。在本次排查工作中,按照上述規(guī)范要求對內(nèi)外部接頭進(jìn)行排查。而針對銅鋁過渡接頭,則和接觸面兩側(cè)均為鋁質(zhì)材料等同視之。
2.2問題描述及整改措施分析
2.2.1西門子技術(shù)換流閥電抗器
問題的描述:接頭的載流密度保持在0.4A~0.5A/mm2,相同類型的ABB接頭的載流密度保持在0.11A/mm2以內(nèi),中電普瑞控制在0.16A/mm2以內(nèi)。由于西門子技術(shù)閥的電抗器接頭面積比較小,屬于最為嚴(yán)重的發(fā)熱設(shè)備。整改措施:將接觸的端頭利用U型的母線進(jìn)行包裹,顯著增加閥電抗器4個端頭的接觸面積,相應(yīng)降低載流密度,則可以有效應(yīng)對接頭發(fā)熱故障。
2.2.2西門子技術(shù)換流閥并聯(lián)避雷器
問題的描述:接頭的載流密度超過標(biāo)準(zhǔn)值,存在嚴(yán)重的設(shè)計裕度不足,發(fā)熱異常多次發(fā)生。整改措施:通過將單面連接改為雙面連接,增大接觸面積,可將載流密度控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。
2.2.3HITACC公司供貨的直流場零磁通CT
問題的描述:HITACC公司供貨的部分CT的兩側(cè)存在嚴(yán)重的接線板面積不足,載流密度遠(yuǎn)超于標(biāo)準(zhǔn)值,設(shè)計裕度同樣不足。整改措施:將金具適當(dāng)?shù)叵蚯把由欤源藖韺佑|面積進(jìn)行增加,顯著降低載流密度。
2.2.4ABB供貨的閥廳中性母線直流穿墻套管
問題的描述:兩側(cè)接頭載流密度為0.112A/mm2,設(shè)計裕度不足。整改措施:更換金具并將金具靠設(shè)備方向延伸,增加金具和設(shè)備接頭的接觸面積,降低載流密度。金具廠進(jìn)一步研究在金具上設(shè)計散熱片,加大散熱效果的可行性。
2.2.5400kV刀閘動、靜觸頭側(cè)接頭
問題的描述:動和靜觸頭側(cè)的載流密度為0.1A~0.16A/mm2,設(shè)計裕度不足。整改措施:增大動觸頭接線板面積,并將單面連接改為雙面連接,接觸面積從30264mm2增大到75564mm2,載流密度可下降至0.066A/mm2;靜觸頭接線板面積由73418mm2增大至75564mm2,載流密度可降低到0.066A/mm2,如圖1所示。
2.2.6800kV刀閘靜觸頭側(cè)軟連接
問題的描述:該位置同樣是載流密度過大,設(shè)計裕度嚴(yán)重不足。整改措施:利用L形板、之形板,連接端面和觸頭導(dǎo)電零件,能降低載流密度到0.15A/mm2左右。
2.2.7電力設(shè)備廠供貨的平抗
問題的描述:同樣是載流密度過大,0.095~0.11A/mm2。整改措施:增加導(dǎo)流板在平抗本體接頭位置,實現(xiàn)平抗接頭位置的雙面載流,確保載流密度符合標(biāo)準(zhǔn)。
3對新建特高壓直流工程防止措施
第一,設(shè)備和金具的具體連接全權(quán)交由設(shè)計院負(fù)責(zé),設(shè)計院應(yīng)詳細(xì)展開接頭材質(zhì)、有效接觸面積、載流密度等相關(guān)設(shè)計工作,科學(xué)計算,確保各項設(shè)計符合規(guī)范要求。第二,嚴(yán)格控制設(shè)備內(nèi)部接頭的載流密度。對于載流密度需要有著詳盡的要求,并做好設(shè)備溫升試驗工作。第三,確保相關(guān)設(shè)備質(zhì)量達(dá)標(biāo)。把好采購的源頭關(guān),特別是金具等,確保金具質(zhì)量達(dá)標(biāo)。第四,安裝工藝務(wù)必要規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。嚴(yán)格依據(jù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)開展安裝工作,避免人為操作失誤導(dǎo)致安裝出現(xiàn)紕漏。做好安裝過程中的各項參數(shù)查驗工作。第五,做好驗收工作。對于全部主通流回路接頭進(jìn)行查驗,收集測驗報告,確保接頭質(zhì)量達(dá)標(biāo)。
4結(jié)語
總之,特高壓直流換流站電力輸送容量大,電壓、電流等級高,對電力設(shè)備之間的連接接頭阻抗控制值要求較高,如果接頭阻抗較高,在通過大電流時就會造成嚴(yán)重發(fā)熱。本文通過對某特高壓直流換流站接頭發(fā)熱實例展開分析,重點針對其設(shè)計裕度不足等提出整改措施,期望能夠?qū)ν惞こ烫峁┙梃b和參考。
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作者介紹:
胡錦超(1994.07.16-);性別:男;籍貫:山東濰坊;民族:漢;學(xué)歷:研究生;職稱:助理級工程師;研究方向:直流輸電、變電運維;單位名稱:國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司。