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

斷路器在電網當中有著至關重要的作用。在正常情況下它能接通和斷開高壓電路中的空載及負荷電流，并在系統發生故障時能與保護和自動裝置相配合，迅速切斷故障電流，防止事故擴大，從而保證電網的安全穩定運行。

2013 年，桂林供電局使用的GZX-40.5kV型充氣柜在操作時頻繁出現二次回路故障，體現在直流變換器報警，導致充氣柜二次控制回路失電，嚴重威脅電網可靠供電。

針對上述問題，除對開關柜內直流電源模塊進行整體更換外，尚無有效解決辦法，且電源模塊的更換對整個產品運行成本及供電可靠性都將產生不利影響。因此，亟需一種低成本、高效、可靠的措施來改善缺陷日益凸顯的狀況。

2 開關柜概述

2.1 開關柜整體結構

GZX-40.5kV柜式氣體絕緣金屬封閉開關設備（簡稱充氣柜）為SF6氣體絕緣金屬外殼固定式開關柜，是三相交流母線分段的戶內成套裝置，其結構如圖1所示。

圖1 GZX-40.5kV充氣柜主體結構

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現對供電系統和負荷的控制、何護及檢測。

2.2 直流電源在開關柜中的作用

GZX-40.5kV充氣柜采用的SET系列直流-直流變換開關電源由深圳斯特克電子技術開發有限公司開發，適用于尋呼機功放、電力系統、集群系統、移動通信基站等通信系統領域。電力系統中，該電源模塊主要用于開關柜內二次信號回路及PLC控制器電能供給，實現后臺機和保護裝置對開關柜狀態的實時監控及控制。

3 存在問題及原因分析

3.1 存在問題

桂林網區某110kV變電站現有的GZX-40.5kV充氣柜缺陷頻發，根據運行值班人員提供的數據，該型號充氣柜僅2012~2013期間發生缺陷次數及實際缺陷部位（表所示）。

由表1可知，該型號充氣柜在同一110kV變電站一年時間同一故障發生率高達83.3%，已嚴重影響到供電可靠性。

3.2 原因分析

桂林網區某110kV變電站GZX-40.5kV充氣柜缺陷情況統計

（1）開關電源模塊散熱設計不合理：直流變換器的過熱保護值為80℃。當溫度達到70℃時，裝置故障報警燈亮，過熱保護不動作；當溫度達到80℃時，裝置故障報警燈繼續亮，過熱保護動作，切斷電源，裝置工作指示燈滅。經調查分析，該電源模塊內部元器件設計太過緊湊，導致散熱不良，造成其頻繁退出運行。

（2）運行環境影響：該110kV變電站地處工業中心，其周圍粉塵污染嚴重，在這種運行環境下，開關電源由于靜電吸附原因極易造成內部粉塵堆積，從而導致開關電源IGBT等開關元件散熱性能下降，觸發電源模塊熱保護啟動。因此，良好的防塵措施對提高開關電源散熱性能有較好的作用。

4 改進措施

（1）在裝置功率元件一側加裝散熱片，并于散熱片上面裝設常規風扇，從而擴大散熱面積，增強空氣流通，起到散熱降溫作用，如圖3所示改進前后示意圖。

圖2 改造前后DC/DC整流模塊示意圖

（2）在裝置本體進風孔加防塵網，防止灰塵進入裝置內部，設備維護人員定期對濾網進行清掃，從而減輕元器件表面覆塵，利于裝置正常散熱，如圖3所示加裝防塵網后開關電源示意圖。對裝置實施上述改進后，其改進前后對比如圖4所示。

5 實施結果

改進措施實施后，為驗證改進效果，對開關電源分別在0.5倍、0.8倍及1.0倍負載下進行了為期5天的帶負荷試驗，圖5為不同負載下開關電源的溫度曲線，由圖5可知，隨著負荷的增大，開關電源問題總體呈上升趨勢；負載不變的情況下，同一溫度曲線基本保持平滑；開關電源在額定負載下運行，最高溫度不超過57℃，未達報警值，開關電源可靠性得到顯著提高。

6 結論

（1）散熱不良是導致開關電源故障頻發的主要原因。

（2）加裝散熱片及防塵網有效的增強了開關電源的散熱性能，開關電源的整體性能得到了優化。

圖3 防塵改造前后裝置外觀示意圖

圖4 開關電源改進前后對比

（3）為進一步提升開關電源的性能，建議相關人員定期對新裝防塵網進行清理，以加強開關電源的空氣流通。

圖5 不同負載下開關電源的溫度曲線

（4）本文提出的散熱及防塵改進措施對其它應用也有一定借鑒意義。