一種變電站一次設(shè)備發(fā)熱應(yīng)急處理散熱裝置

江潤洲，蔡素雄，胡文豪，陳曉軍

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司惠州供電局，廣東 惠州 516000）

1.引言

眾所周知，電力系統(tǒng)的內(nèi)部構(gòu)成較復(fù)雜，電力系統(tǒng)工程要想做到維持正常的穩(wěn)定運(yùn)行，就需要保證正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，在實(shí)際運(yùn)行期間會(huì)導(dǎo)致變電站出現(xiàn)異常的重要影響原因是電氣一次設(shè)備過熱問題，如果沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化整改熱源，會(huì)由機(jī)身傳遞到內(nèi)部影響到正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，使得內(nèi)置的設(shè)施出現(xiàn)過熱嚴(yán)重時(shí)，導(dǎo)致燒線問題的出現(xiàn)；如果燒斷了主線路會(huì)影響到整個(gè)發(fā)電機(jī)，進(jìn)而停止運(yùn)行。因而不難看出，在實(shí)際開展變電站日常維護(hù)工作期間，一定要積極重視過熱問題并降低發(fā)生率。

2.設(shè)備散熱處理常用方法

目前，主要利用以下三種傳熱原理應(yīng)對(duì)設(shè)備散熱處理：自然散熱（不受任何外部輔助能量的影響，溫度由局部散熱裝置向周圍環(huán)境傳熱的方式控制，加裝散熱片）；強(qiáng)制散熱（通過風(fēng)扇等裝置加速設(shè)備周圍的空氣流動(dòng)并除去熱量的方法，實(shí)踐中，增強(qiáng)這種對(duì)流傳熱能力的主要方法是適當(dāng)增加散熱總面積，在散熱表面上產(chǎn)生相對(duì)大的對(duì)流傳熱系數(shù)）；接觸式散熱（間接液體冷卻是將液體冷卻劑應(yīng)用于與電氣設(shè)備直接接觸，通過中間介質(zhì)系統(tǒng)，使熱元件通過它。直接液體冷卻稱為浸入式冷卻方法，即將液體與相關(guān)設(shè)備直接接觸，通過冷卻劑吸收熱量并帶走熱量）?？紤]到一次電氣設(shè)備的外形結(jié)構(gòu)、占地空間、經(jīng)濟(jì)成本等因素，變電站內(nèi)的一次電氣設(shè)備都具備較好的散熱功能。

3.技術(shù)問題

目前，設(shè)備廠商在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中考慮變電站一次電氣設(shè)備加裝散熱功能的主要為利用電磁感應(yīng)原理工作的電氣設(shè)備上；例如“主變壓器、電壓互感器、電流互感器的油浸接觸式散熱，主變壓器的油浸外加油循環(huán)模塊疊加散熱片模塊配合風(fēng)扇的接觸式散熱+強(qiáng)制散熱”。而非電磁感應(yīng)原理的一般傳輸電能的電氣設(shè)備的散熱，在正常運(yùn)行環(huán)境下保證熱穩(wěn)定性能即可，不考慮外置散熱裝置，一般采取自然散熱方式，例如“隔離開關(guān)、母線、導(dǎo)線等”。“10kV 大電流開關(guān)柜柜體外置裝風(fēng)扇進(jìn)行的強(qiáng)制散熱”是根據(jù)運(yùn)行要求后期改造的結(jié)果。當(dāng)不具備外部裝置提供額外散熱能力的一次設(shè)備出現(xiàn)異常發(fā)熱時(shí)，這類設(shè)備在自然空氣對(duì)流的形式下散熱，散熱能力無法滿足異常發(fā)熱情況下設(shè)備產(chǎn)生的熱量，若發(fā)熱持續(xù)發(fā)展，設(shè)備導(dǎo)體間的接觸面將生成氧化層薄膜，增加導(dǎo)體之間的接觸電阻，設(shè)備溫度繼續(xù)升高。而且導(dǎo)體表面氧化的速度與接觸面溫度成正相關(guān)，一旦超過臨界溫度值，這個(gè)過程將彼此促進(jìn)，加速進(jìn)行，并引起惡性循環(huán)。另外，當(dāng)導(dǎo)體發(fā)熱溫度超過一定值時(shí)，彈簧接觸部分的彈性元件將會(huì)退火，使接觸壓力降低，也會(huì)增加接觸電阻，惡性循環(huán)加劇，最終導(dǎo)致一次電氣設(shè)備的連接狀態(tài)遭到破壞，嚴(yán)重時(shí)將發(fā)生燃弧、短路，進(jìn)一步損壞主設(shè)備。綜上所述，面對(duì)此類設(shè)備（隔離開關(guān)、導(dǎo)線）的異常發(fā)熱風(fēng)險(xiǎn)，且在客戶對(duì)用電的要求普遍提高的市場條件下，非計(jì)劃性停電措施一般難以申請(qǐng)。為了保障設(shè)備安全，抑制設(shè)備發(fā)熱位置溫度的升高，我們當(dāng)前將大功率工業(yè)落地風(fēng)扇作為應(yīng)急手段，通過對(duì)一次設(shè)備的導(dǎo)體連接發(fā)熱位置推射大量氣流，達(dá)到強(qiáng)制對(duì)流散熱效果。但工業(yè)落地風(fēng)扇，除了風(fēng)量大、易于攜帶以外，作為一種抑制一次電氣設(shè)備發(fā)熱的應(yīng)急手段還存在以下不足：產(chǎn)生氣流散射面大，不集中，無法精準(zhǔn)作用于設(shè)備發(fā)熱位置，降溫幅度不夠迅速；產(chǎn)生的最大風(fēng)速有限，導(dǎo)致實(shí)際氣流作用距離有限，影響強(qiáng)制對(duì)流熱交換的散熱效果；進(jìn)一步使得落地工業(yè)風(fēng)扇作為應(yīng)急裝置的使用場景大大縮?。粴饬鞣较蛘{(diào)整慢，無法快速將風(fēng)扇氣流對(duì)準(zhǔn)發(fā)熱點(diǎn)，操作耗時(shí)長，效率低；受制于場地平整度等因素，落地風(fēng)扇工作姿態(tài)不夠平穩(wěn)，風(fēng)扇有傾倒風(fēng)險(xiǎn)；無法完全保證風(fēng)扇不將場地周圍的細(xì)碎物屑卷入高電壓電氣設(shè)備周圍，引起放電、短路現(xiàn)象，影響設(shè)備正常運(yùn)行，需要有人現(xiàn)場看守，有一定安全隱患。

4.變電站一次設(shè)備發(fā)熱應(yīng)急處理散熱裝置方案

一種針對(duì)不具備外部散熱能力的變電站一次電氣設(shè)備發(fā)熱應(yīng)急處理散熱裝置，本裝置主要通過氣源產(chǎn)生裝置（螺桿式空氣壓縮機(jī)原理）來提供穩(wěn)定持續(xù)的高壓氣源，通過高氣壓導(dǎo)管將高壓氣源充入高速氣流噴射裝置腔體，再經(jīng)高速氣流噴射裝置的小孔徑管狀風(fēng)嘴，便能穩(wěn)定持續(xù)地對(duì)外噴射散射面積小、初始風(fēng)速高、作用距離遠(yuǎn)的、高速氣流。利用調(diào)向功能固定裝置將高速氣流噴射裝置固定在不同電壓等級(jí)設(shè)備裝置的底座橫擔(dān)處，既保證符合電力安全要求的合適距離（220 kV 大于3 m、110 kV 大于1.5 m、10 kV 大于0.7 m），又提供穩(wěn)定的作業(yè)平面。當(dāng)不具備外部散熱能力或只具備自然散熱能力的高壓電氣設(shè)備出現(xiàn)異常發(fā)熱時(shí)，通過將持續(xù)的高速氣流聚焦于發(fā)熱點(diǎn)周圍，強(qiáng)制設(shè)備和空氣間進(jìn)行熱傳遞，產(chǎn)生高效的強(qiáng)制對(duì)流散熱效果，實(shí)現(xiàn)設(shè)備發(fā)熱處溫度的快速下降，抑制高壓電氣設(shè)備的導(dǎo)體發(fā)熱溫度不超過臨界值，進(jìn)一步達(dá)到降低設(shè)備因發(fā)熱溫度持續(xù)升高得不到有效控制而產(chǎn)生不良后果的隱患率，保證設(shè)備安全與客戶生產(chǎn)、生活用電可靠性。

本裝置（如圖1）由主要包括氣源產(chǎn)生裝置（1）、裝置移動(dòng)平臺(tái)（2）、高速氣流噴射裝置（3）、高氣壓導(dǎo)管（4）、調(diào)向功能固定裝置（5）組成。氣源產(chǎn)生裝置（1）采用能提供持續(xù)高壓氣源、工作穩(wěn)定、維護(hù)成本低的螺桿式空氣壓縮機(jī)（內(nèi)含儲(chǔ)氣罐（10）、配電箱、電機(jī)、空氣濾芯、風(fēng)扇、壓力表、油濾芯）。氣源產(chǎn)生裝置（1）產(chǎn)生的高壓氣源，將從出氣閥（24）與高氣壓導(dǎo)管（4）的氣管連接閥（25）構(gòu)成的氣源通道，再經(jīng)高速氣流噴射裝置（3）的氣流進(jìn)氣閥（26）進(jìn)入高速氣流噴射裝置（3）腔體；高速氣流噴射裝置（3）通過裝置下端設(shè)置的開關(guān)限位卡扣（17）控制氣源噴射裝置的關(guān)閉與持續(xù)開啟。當(dāng)開關(guān)限位卡扣（17）處于開啟狀態(tài)時(shí)，高壓氣源經(jīng)過高速氣流噴射裝置（3）腔體從管狀小孔徑的風(fēng)嘴（18）向外噴射，從而產(chǎn)生散射面積小、初始風(fēng)速高、作用距離遠(yuǎn)的、穩(wěn)定持續(xù)的高速氣流。調(diào)向功能固定裝置（5）中間位置的調(diào)向卡扣（20）可以調(diào)整卡鉗的松緊來固定高速氣流噴射裝置（3），調(diào)向卡扣（20）通過旋轉(zhuǎn)扣身來調(diào)節(jié)風(fēng)嘴（18）的噴射角度，結(jié)合槍體激光瞄具（19）可快速將高壓噴射氣流對(duì)準(zhǔn)設(shè)備發(fā)熱點(diǎn)；調(diào)向功能固定裝置（5）兩側(cè)為可調(diào)節(jié)長度的固定伸縮桿（21）及伸縮桿墊片（23），固定伸縮桿（21）可以通過緊固旋帽（22）調(diào)節(jié)至合適長度并作用于設(shè)備底座橫擔(dān)的垂直平面讓調(diào)向功能固定裝置（5）形成支撐力，為高速氣流噴射裝置（3）提供穩(wěn)定的作業(yè)平面。變電站運(yùn)維人員在發(fā)現(xiàn)設(shè)備發(fā)熱有異常跡象后，可以通過裝置移動(dòng)平臺(tái)（2）將裝置轉(zhuǎn)移至對(duì)應(yīng)發(fā)熱設(shè)備位置，裝置移動(dòng)平臺(tái)（2）底部設(shè)置制動(dòng)功能車輪（8），一側(cè)設(shè)置手推扶手架（6），手推扶手架（6）中間設(shè)置配件儲(chǔ)物筐（7）。裝置移動(dòng)平臺(tái)（2）上設(shè)置與平臺(tái)面積等大小的10mm 厚的緩震膠墊（9），緩震膠墊（9）上固定放置高氣壓發(fā)生裝置（1）。

使用調(diào)向功能固定裝置（5）將高速氣流噴射裝置（3）固定于與設(shè)備發(fā)熱位置保持安全距離的設(shè)備底座橫擔(dān)處，氣源發(fā)生裝置（1）提供的持續(xù)穩(wěn)定高壓氣源經(jīng)過高氣壓導(dǎo)管（4）輸送至高速氣流噴射裝置（3）經(jīng)風(fēng)嘴（18）對(duì)外噴射散射面小、初始速度高、作用距離遠(yuǎn)的高速氣流，利用高速氣流使設(shè)備發(fā)熱點(diǎn)與周圍空氣進(jìn)行強(qiáng)制熱交換對(duì)流散熱，讓不具備外部散熱能力的變電站一次電氣設(shè)備從外部獲得穩(wěn)定、高效、持續(xù)的散熱能力，將設(shè)備發(fā)熱點(diǎn)溫度抑制在臨界值范圍內(nèi)，從而通過快速抑制設(shè)備發(fā)熱溫度的變化來控制導(dǎo)體間表面的氧化程度，阻斷導(dǎo)體接觸電阻升高的趨勢，降低電力設(shè)備異常發(fā)熱產(chǎn)生不良后果的機(jī)率。

圖1 裝置圖

5.成效

變電站一次設(shè)備發(fā)熱應(yīng)急處理散熱裝置能夠產(chǎn)生初始速度高、散射面小、作用距離遠(yuǎn)、持續(xù)穩(wěn)定的高壓噴射氣流，保證空氣與設(shè)備間進(jìn)行強(qiáng)制對(duì)流散熱的條件更有效；噴射氣流采用壓縮空氣原理供氣，管狀小孔徑風(fēng)嘴噴出，氣壓大，有效作用距離涵蓋220 kV、110 kV 電壓等級(jí)的一次電氣設(shè)備，擴(kuò)大了裝置的使用的范圍；裝置的作業(yè)面不再受地面環(huán)境影響，調(diào)向功能固定裝置可以固定在距離高壓電氣作業(yè)對(duì)象符合電氣安全距離要求的底座位置，為高壓噴射氣流提供穩(wěn)定的作業(yè)平面；調(diào)向功能固定裝置可以調(diào)整噴射氣流的角度、方向，結(jié)合噴射氣流裝置的激光瞄準(zhǔn)，噴射氣流能精確指向高壓電氣設(shè)備的發(fā)熱點(diǎn)，提高了氣流作用的精準(zhǔn)度；操作簡單、布置快速、維護(hù)方便；氣源產(chǎn)生裝置具備空氣過濾功能，聚集氣源時(shí)隔絕裝置內(nèi)卷入空氣碎屑使得噴射氣流含雜質(zhì)，避免在電氣設(shè)備間產(chǎn)生短路、放電現(xiàn)象。

6.結(jié)語

綜合上述所言，本文中筆者針對(duì)一種變電站一次設(shè)備發(fā)熱應(yīng)急處理散熱裝置展開分析和論述，正文首先解析技術(shù)方面的問題，之后以此為基礎(chǔ)論述了變電站一次設(shè)備發(fā)熱應(yīng)急處理散熱裝置的具體設(shè)計(jì)方案，并解析了此種方案的最終成效，以期可為相關(guān)領(lǐng)域從業(yè)人員提供一些理論指導(dǎo)和參考。