西北低溫氣候?qū)χ绷鲹Q流站設(shè)備運(yùn)行的影響及應(yīng)對(duì)措施研究

王豪舟

摘 要：本文重點(diǎn)分析了低溫對(duì)換流站充氣設(shè)備、閥外冷系統(tǒng)及充油設(shè)備的影響，并對(duì)此提出一些合理化建議，以期對(duì)后續(xù)低溫環(huán)境下新建直流工程有一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞：充氣設(shè)備；閥外冷；充油設(shè)備；低溫

0 引言

低溫是西北地區(qū)一種非常突出的氣候，冬季最低氣溫可低至零下36℃～45.7℃，對(duì)換流站正常穩(wěn)定運(yùn)行是一個(gè)極大挑戰(zhàn)，研究低溫對(duì)直流換流站設(shè)備的影響很有必要。本文重點(diǎn)分析了低溫對(duì)換流站充氣設(shè)備、閥外冷系統(tǒng)以及充油設(shè)備的影響，并對(duì)其中存在的問(wèn)題提出了一些合理化建議，希望能對(duì)相關(guān)設(shè)備的運(yùn)維管理及設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行起到一定的作用，并對(duì)以后在同等低溫環(huán)境下新建直流工程有一定的參考價(jià)值和借鑒意義。

1 低溫對(duì)充氣設(shè)備的影響分析

換流站中有很多充氣設(shè)備，以天山換流站為例，500kV GIS、交流濾波場(chǎng)、750kV區(qū)域所用的斷路器以及直流場(chǎng)的直流分壓器、閥側(cè)套管均為充氣設(shè)備（所充氣體均為SF6）。因此，充氣設(shè)備在換流站中起著非常重要的作用，SF6氣體受溫度影響較大，分析低溫對(duì)充氣設(shè)備的影響很有必要。

1.1SF6氣體的特殊性與低溫的關(guān)系

臨界溫度是SF6氣體出現(xiàn)液化的最高溫度，臨界壓力表示在這個(gè)溫度下出現(xiàn)液化所需的氣體壓力。SF6氣體在通常使用條件下，它有液化的可能性，因此SF6不能在過(guò)低溫度下使用。

1.2SF6氣體壓力降低會(huì)導(dǎo)致的后果

天山換流站500kV GIS開關(guān)SF6額定壓力值為0.5MPa，報(bào)警壓力值為0.45MPa，若溫度低到一定范圍，則會(huì)使SF6壓力低于報(bào)警值，SF6低壓閉鎖繼電器得電，節(jié)點(diǎn)斷開，斷路器控制回路斷開，如果這時(shí)線路發(fā)生故障，保護(hù)啟動(dòng)后，而斷路器不能可靠動(dòng)作，將會(huì)引起事故擴(kuò)大，造成保護(hù)越級(jí)動(dòng)作或者設(shè)備損壞事故發(fā)生。

1.3針對(duì)低溫對(duì)氣體壓力影響采取的措施

為了防止上述事故的發(fā)生，保證戶外斷路器在冬季能夠安全運(yùn)行，通過(guò)分析，可采取如下措施：對(duì)SF6氣體加熱；降低所充SF6氣體壓力；將所充氣體由SF6氣體變?yōu)镾F6與N2的混合氣體；將普通壓力表更換為密度繼電器。

1.3.1增加罐體加熱裝置

以天山換流站為例，500kV GIS、交流濾波場(chǎng)、750kV區(qū)域斷路器均有伴熱帶加熱裝置，加熱裝置由饒性加熱板、隔熱板、保溫板、防護(hù)罩組成，每個(gè)加熱裝置中包括兩個(gè)LDB-C型加熱板，通過(guò)電纜與裝在LCP柜內(nèi)的溫控器連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制。

當(dāng)加熱裝置內(nèi)部溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，裝置自動(dòng)投入，開始加熱，熱量通過(guò)斷路器伴熱帶金屬外殼傳遞給斷路器內(nèi)部的SF6氣體，當(dāng)加熱裝置內(nèi)部溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，溫控裝置自動(dòng)停止，開始保溫。當(dāng)溫控器或電流繼電器失靈時(shí)，可通過(guò)強(qiáng)投開關(guān)強(qiáng)啟加熱裝置，各區(qū)域斷路器伴熱帶加熱裝置的溫度啟停值如表1所示。當(dāng)伴熱帶報(bào)警采用電流監(jiān)視時(shí)，凡是能引起電流波動(dòng)以至于超出電流隔離器監(jiān)測(cè)范圍時(shí)，其啟動(dòng)裝置都會(huì)啟動(dòng)；如果采用節(jié)點(diǎn)方式，只有當(dāng)相應(yīng)繼電器失電，其節(jié)點(diǎn)才會(huì)斷開，可靠性較低。

1.3.2降低SF6氣體壓力

由SF6氣體特殊性與低溫關(guān)系可知，SF6氣體壓力越小，液化溫度越低，SF6氣體越不易液化。本站GIS設(shè)備為西開產(chǎn)品，斷路器SF6氣體壓力與其余氣室SF6氣體壓力均比其他換流站偏小，目的為應(yīng)對(duì)哈密地區(qū)冬季特殊低寒氣候。西開500kV GIS氣室壓力與液化溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。對(duì)于斷路器氣室壓力而言，還需要通過(guò)加熱等方法防止氣體液化；對(duì)于其他氣室而言，因?yàn)槠錃怏w壓力對(duì)應(yīng)的液化溫度過(guò)低，基本不存在液化現(xiàn)象，因此不用采取其他措施防止SF6氣體液化。

1.3.3所充氣體為混合氣體

為了降低低溫對(duì)SF6氣體的影響，可通過(guò)充混合氣體的方式來(lái)降低氣體的液化溫度。考慮到純的SF6氣體作為絕緣介質(zhì)的缺點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用情況，工業(yè)上一般采用SF6和N2的混合氣體。首先，N2的液化溫度較低，其次，N2的成本很低，這樣就降低了SF6和N2混合氣體的成本，開辟了SF6和N2混合氣體的應(yīng)用領(lǐng)域。

1.3.4將普通壓力表更換為密度繼電器

由于SF6氣體壓力隨著溫度的變化而變化，用普通壓力表來(lái)監(jiān)視SF6氣體壓力的泄漏，在正常運(yùn)行中分不清是由于真正存在氣體泄漏，還是由于環(huán)境溫度而造成對(duì)SF6氣體壓力的變化，而密度繼電器只反映SF6氣體密度的變化，它能自動(dòng)修正溫度對(duì)壓力變化的影響，所以將普通壓力表更換為密度繼電器后就可消除上述影響。

2 低溫對(duì)閥外冷系統(tǒng)的影響分析

低溫對(duì)閥冷卻系統(tǒng)的主要影響是直流停運(yùn)或低負(fù)荷運(yùn)行期間，可能導(dǎo)致管道凍壞的情況。哈密地區(qū)冬季氣溫一般在-20℃，歷史最低為-32℃。換流站在使用高純水作為冷卻介質(zhì)的同時(shí)，水冷系統(tǒng)必須采取相關(guān)的防凍策略，天山站采取相應(yīng)措施如下。

2.1電加熱器配置

在常規(guī)直流內(nèi)冷回路中裝設(shè)加熱器的基礎(chǔ)上，增設(shè)室外部分內(nèi)冷管道式加熱器，并且確保了加熱器電源的可靠性。

2.2電動(dòng)三通閥控制

設(shè)置電動(dòng)三通閥，通過(guò)控制電動(dòng)三通閥的閥門開度大小來(lái)調(diào)節(jié)室外回路和室內(nèi)旁路的流量比例，即實(shí)現(xiàn)內(nèi)外循環(huán)切換。

2.3空氣冷卻器防凍棚

空氣冷卻器四周設(shè)置防凍棚，防凍棚內(nèi)還設(shè)有暖風(fēng)機(jī)，通過(guò)室外防凍棚及內(nèi)部暖風(fēng)機(jī)的保護(hù)，用于冬天水冷管道防凍。冬季防凍棚根據(jù)需要全部或適量關(guān)閉保溫，夏季敞開散熱。

2.4增加戶外排空閥

冬季氣候寒冷直流停運(yùn)且因站用電或主泵故障兩臺(tái)主泵都停運(yùn)時(shí)，可將內(nèi)冷水處于室外空氣冷卻器、冷卻塔盤管及管道內(nèi)部分介質(zhì)通過(guò)泄空閥快速排空以防止結(jié)冰損壞管道，作為防凍的后備措施。

2.5增加保溫棉

水外冷系統(tǒng)中有25米的的管道長(zhǎng)期置于室外，管道中冷卻水受外界溫度影響很大。天山換流站要求水進(jìn)閥溫度不得小于10℃。由于哈密地區(qū)一天的晝夜溫差很大，尤其每年冬季這一變化更為明顯。為達(dá)到進(jìn)閥溫度不小于10℃、水冷系統(tǒng)水循環(huán)正常運(yùn)行、不結(jié)冰等要求，除了對(duì)管道進(jìn)行加熱等以上措施外，還對(duì)戶外管道增加保溫棉作為輔助措施，盡量減少熱量散失；另外站內(nèi)還配置了大功率的暖風(fēng)機(jī)，以備不時(shí)之需。

3 低溫對(duì)充油設(shè)備的影響分析

以天山換流站為例，交流濾波場(chǎng)電容器、750kV聯(lián)絡(luò)變壓器及750kV并聯(lián)電抗器，在高寒地區(qū)（最低溫度-32℃），應(yīng)充分考慮其外部組件以及內(nèi)部絕緣介質(zhì)的耐寒性，否則將會(huì)嚴(yán)重影響戶外充油設(shè)備的正常運(yùn)行。

3.1低溫對(duì)充油設(shè)備的影響

低溫對(duì)充油設(shè)備的影響主要體現(xiàn)在對(duì)充油設(shè)備液體介質(zhì)的影響。在冬天夜晚，西北地區(qū)氣溫很低，可能直至極限低溫，隨著溫度降低，充油設(shè)備內(nèi)絕緣材料絕緣性能下降。

3.2針對(duì)低溫對(duì)充油設(shè)備影響的解決方案

研究表明，液體介質(zhì)的凝固點(diǎn)溫度、溫度降低引起粘度的變化又是液體介質(zhì)電氣性能變化的主要因素。因此，用凝固點(diǎn)溫度低、粘度低的液體介質(zhì)浸漬充油設(shè)備是使充油設(shè)備有優(yōu)良低溫電氣性能的最佳方案。

4 總結(jié)

本文針對(duì)西北地區(qū)低溫氣候特點(diǎn)，重點(diǎn)分析低溫對(duì)換流站充氣設(shè)備、閥外冷系統(tǒng)以及充油設(shè)備的影響以及可行的改進(jìn)措施，希望對(duì)類似環(huán)境下新建直流換流站相關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)、調(diào)試、運(yùn)行和維護(hù)起到一定的借鑒意義。由于天山站投運(yùn)時(shí)間比較短，沒有更具體的數(shù)據(jù)、事例進(jìn)行更進(jìn)一步的分析，更多問(wèn)題留待后期解決。

參考文獻(xiàn)

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