變電站設(shè)備發(fā)熱分析及應(yīng)對(duì)措施

管 宇

(國網(wǎng)江蘇省電力有限公司超高壓分公司，江蘇 常州 213000)

0 引言

隨著電網(wǎng)的基建工程、生產(chǎn)檢修、技改任務(wù)的增多,電網(wǎng)安全運(yùn)行方式壓力越來越大。當(dāng)電網(wǎng)處于特殊運(yùn)行方式時(shí),運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)增大,如不能及時(shí)控制,極易發(fā)生大面積停電事故。

設(shè)備電流與發(fā)熱息息相關(guān)。根據(jù)江蘇省電力公司統(tǒng)計(jì),江蘇500 kV及以上變電站2017—2019年無功設(shè)備缺陷總計(jì)85起,其中引線接頭發(fā)熱最多,占比39 %。2018—2019年隔離開關(guān)缺陷以分合閘缺陷和閘刀發(fā)熱缺陷為主,發(fā)熱占比35 %。2020年上半年新增的11起隔離開關(guān)缺陷,導(dǎo)線線夾發(fā)熱5起,閘刀發(fā)熱缺陷3起。電力設(shè)備發(fā)熱問題的研究成為一個(gè)日益緊迫的課題。

1 設(shè)備發(fā)熱原理、部位及處理方法

變電站設(shè)備大多由導(dǎo)體構(gòu)成,當(dāng)通過負(fù)荷電流時(shí),有一部分電能按焦耳-楞茨定律以熱損耗的形式消耗掉。由此產(chǎn)生的發(fā)熱功率為P=KfI2R,式中Kf為附加損耗系數(shù),I為通過的負(fù)荷電流,R為載流導(dǎo)體的直流電阻值。

在實(shí)際運(yùn)行中,導(dǎo)電回路的某些連接件、接頭或觸頭因連接不良,造成接觸電阻增大,由此產(chǎn)生更多的電阻損耗發(fā)熱功率和更高的溫升,從而造成局部過熱。

由電壓效應(yīng)引起發(fā)熱的設(shè)備為電壓致熱型設(shè)備,發(fā)生部位主要為高壓套管、避雷器本體、絕緣子、電壓互感器、倒置式流變頭部等,這些設(shè)備發(fā)熱部位可能會(huì)存在溫升不明顯現(xiàn)象,判別依據(jù)為較正常部位溫度偏高超過3 K為危急缺陷。

由電流效應(yīng)引起發(fā)熱的設(shè)備為電流致熱型設(shè)備,發(fā)生部位主要為變電站電氣設(shè)備與金屬部件的連接處,以及金屬部件與金屬部件的連接處,具體部位有隔離開關(guān)轉(zhuǎn)頭與刀口、斷路器動(dòng)靜觸頭與中間觸頭、電流互感器內(nèi)連接、套管柱頭、電容器熔絲與熔絲座等,這些設(shè)備部位發(fā)熱點(diǎn)的溫度和溫升變化明顯。大多數(shù)情況下,變電站電氣設(shè)備的發(fā)熱主要是由電阻損耗引起的電流效應(yīng)發(fā)熱。

實(shí)際設(shè)備運(yùn)行過程中發(fā)熱部位、原因檢查及相應(yīng)的處理方式見表1。

表1 設(shè)備發(fā)熱部位原因及處理

2 正常運(yùn)行方式下的設(shè)備發(fā)熱分析

2.1 事件描述

常州某500 kV變電站測溫發(fā)現(xiàn)35 kV V母線軟聯(lián)C相接頭65.75 ℃存在發(fā)熱,A相27.54 ℃,B相28.86 ℃,環(huán)境溫度24.20 ℃。根據(jù)缺陷程度分類,溫差超過15 K,但熱點(diǎn)溫度未達(dá)到嚴(yán)重缺陷溫度值的為一般缺陷；熱點(diǎn)溫度大于90 ℃,或相對(duì)溫差大于或等于80 %的為嚴(yán)重缺陷；熱點(diǎn)溫度大于130 ℃,或相對(duì)溫差大于或等于95 %的為危急缺陷。

在2019年6—7月對(duì)發(fā)熱點(diǎn)進(jìn)行跟蹤測溫,35 kV V母連接的無功設(shè)備只有354開關(guān)低抗運(yùn)行,354開關(guān)C相發(fā)熱點(diǎn)跟蹤測溫情況見表2。

表2 C相發(fā)熱點(diǎn)跟蹤測溫情況

從表中2個(gè)月內(nèi)的部分測溫?cái)?shù)據(jù)可看出,35 kV V母線軟聯(lián)C相接頭發(fā)熱情況真實(shí)存在,且相對(duì)溫差均大于或等于80 %,達(dá)到嚴(yán)重缺陷指標(biāo),但跟蹤測溫期間發(fā)熱部位并未惡化,由于電流值和環(huán)境溫度變化不大,設(shè)備異常相的溫度由發(fā)熱和散熱情況共同決定,同時(shí)溫升還與測溫當(dāng)時(shí)的太陽輻射、風(fēng)速、風(fēng)向、空氣濕度及天氣有關(guān)。

2.2 缺陷處理

正常運(yùn)行方式下,變電站設(shè)備負(fù)荷變化比較緩慢,當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常引起發(fā)熱,溫度并不是一下子快速上升,而是隨著環(huán)境溫度和負(fù)荷電流逐漸變化,但長時(shí)間過熱運(yùn)行會(huì)增大接觸電阻,加速接觸面氧化與污穢物的腐蝕,以惡性循環(huán)形式使連接處故障加劇,若不及時(shí)處理,最終可能引發(fā)燒損、熔焊或毀壞等安全事故。

一般缺陷雖然絕對(duì)溫升不高,但長期發(fā)熱有較大的安全隱患。在紅外測溫中對(duì)容易由發(fā)熱造成損壞的設(shè)備需要更加關(guān)注。

若達(dá)到嚴(yán)重缺陷,需加強(qiáng)檢測,必要時(shí)轉(zhuǎn)移負(fù)荷,應(yīng)盡快安排處理。35 kV V母線軟聯(lián)C相接頭發(fā)熱結(jié)合主變檢修停電處理,拆下上接頭并對(duì)接觸面進(jìn)行打磨,直阻測試合格,送電后復(fù)測正常。

若發(fā)展為危急缺陷,應(yīng)立即降低負(fù)荷電流或立即安排消缺。

3 特殊運(yùn)行方式下的設(shè)備發(fā)熱分析

3.1 事件描述

2020-05-12 T06：23,網(wǎng)調(diào)發(fā)令將某500 kV變電站500 kV I母線改為檢修。19：19,運(yùn)維紅外測溫發(fā)現(xiàn)XX線50532閘刀C相動(dòng)靜觸頭連接處發(fā)熱達(dá)106 ℃(A相溫度67 ℃,B相溫度49 ℃,環(huán)境溫度21 ℃,負(fù)荷電流1374.62 A,相對(duì)溫差67 %),而5053開關(guān)、流變、50531閘刀、5043開關(guān)及其相應(yīng)設(shè)備溫度為30 ℃左右。由于50532閘刀屬于II母保電設(shè)備,再次全方位復(fù)測,確認(rèn)發(fā)熱點(diǎn)真實(shí)存在。20：05,向網(wǎng)調(diào)匯報(bào)情況,網(wǎng)調(diào)回復(fù),加強(qiáng)監(jiān)視并做好設(shè)備停運(yùn)準(zhǔn)備。20：35,通過負(fù)荷轉(zhuǎn)移,實(shí)時(shí)電流下降到1224.61 A,發(fā)熱點(diǎn)溫度下降到80 ℃。20：47,網(wǎng)調(diào)發(fā)口令,XX線5053開關(guān)由運(yùn)行改為冷備用。

2020-15-19 T10：00,500 kV Ⅱ母停役。經(jīng)檢查為閘刀剪刀頭卡澀導(dǎo)致夾緊力不足,同時(shí)動(dòng)靜觸頭接觸面氧化,接觸電阻增大,造成閘刀發(fā)熱?，F(xiàn)場對(duì)閘刀動(dòng)靜觸頭接觸面打磨處理后,直阻測試合格,完成消缺工作。該閘刀出廠日期為2010-07-01,投運(yùn)日期為2013-07-03。該發(fā)熱點(diǎn)2020-05-05熄燈巡視測溫為C相32.8 ℃,正常相23 ℃,環(huán)境溫度20.7 ℃,C相電流330.47 A。

3.2 負(fù)荷增加、設(shè)備發(fā)熱

設(shè)備發(fā)熱與負(fù)荷電流關(guān)系表如表3所示。

表3 設(shè)備發(fā)熱與負(fù)荷電流關(guān)系

從表3數(shù)據(jù)可看出,大負(fù)荷會(huì)使設(shè)備發(fā)熱更加嚴(yán)重,運(yùn)維人員需要及時(shí)發(fā)現(xiàn)并向調(diào)度匯報(bào),調(diào)度通過負(fù)荷轉(zhuǎn)移后可以暫時(shí)緩解發(fā)熱狀況,后續(xù)作停電處理。

3.3 應(yīng)對(duì)措施

因檢修、基建、技改等原因,不可避免會(huì)對(duì)設(shè)備進(jìn)行停電,原先停電設(shè)備的負(fù)荷就會(huì)通過聯(lián)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行調(diào)配,此時(shí),聯(lián)絡(luò)設(shè)備會(huì)承受比往常更多甚至高達(dá)數(shù)倍的負(fù)荷。若設(shè)備本身存在發(fā)熱缺陷(即使是輕微的發(fā)熱),在單線(單電源)、單變、單母線等特殊方式下,運(yùn)行設(shè)備負(fù)荷急劇增加,在很短時(shí)間內(nèi)一般缺陷就可能會(huì)發(fā)展為危急缺陷,嚴(yán)重威脅設(shè)備安全運(yùn)行。因此,必須對(duì)發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行及時(shí)處理,并實(shí)施相關(guān)預(yù)防性應(yīng)對(duì)措施。

(1) 設(shè)備安裝檢修過程中,嚴(yán)格按照相關(guān)工藝要求,保證檢修質(zhì)量,接頭的處理將更具針對(duì)性。

(2) 正常運(yùn)行方式下,周期性開展紅外普測與精確測溫,對(duì)發(fā)現(xiàn)的設(shè)備發(fā)熱點(diǎn)建檔并跟蹤測溫,通過測溫樣本數(shù)據(jù)預(yù)估發(fā)熱點(diǎn)狀況,掌握缺陷的發(fā)展變化情況。

(3) 大型停電工作前,對(duì)相關(guān)聯(lián)的設(shè)備進(jìn)行特巡并測溫,做好事故預(yù)想,二分之三接線停I母、II母設(shè)備和中開關(guān)設(shè)備都需要進(jìn)行測溫,即使是輕微發(fā)熱也需記錄,停役后密切關(guān)注相關(guān)設(shè)備負(fù)荷,及時(shí)復(fù)測。

4 結(jié)束語

許多電力設(shè)備故障往往都以設(shè)備相關(guān)部位的溫度或熱狀態(tài)變化為征兆表現(xiàn)出來。變電站運(yùn)維工作需要掌握站內(nèi)設(shè)備發(fā)熱缺陷實(shí)際發(fā)生的部位、發(fā)熱的嚴(yán)重程度以及發(fā)熱缺陷的發(fā)展情況。有些發(fā)熱在早期并不明顯,但在較高的環(huán)境溫度和設(shè)備重載、滿載的條件下會(huì)很快發(fā)展為嚴(yán)重及以上缺陷。因此,需要做好早期測溫記錄工作,保證電網(wǎng)安全運(yùn)行。