一起220kV GIS母線局部過熱的原因分析

摘 要:從理論上定性分析了GIS分相母線外殼連接處局部過熱產生的原因，并依據有關技術數據進行分析驗證，提出了解決措施，并在實際應用中取得了良好效果。

SF6氣體絕緣金屬封閉開關設備(簡稱GIS)，是由斷路器、隔離開關、接地開關、電流互感器、電壓互感器、避雷器、套管、封閉母線及波紋管等組成金屬全封閉組合電器，以一定壓力的SF6氣體作為絕緣介質，具有占地面積小，供電可靠性高、安裝簡便、日常維護量少及檢修周期長等特點，是電網的重要設備之一。GIS用母線是由通電導體安裝在金屬殼體內以絕緣件(盆式絕緣子或支撐絕緣子)為支撐，以一定壓力的SF6氣體為絕緣介質，殼體與殼體間靠金屬法蘭或盆式絕緣子連接在一起，起到匯集和分配電能的作用。

1問題提出

某200kV變電站室外安裝220kV GIS用母線殼體連接部位部分螺栓出現局部過熱現象，用遠紅外熱像儀對運行中的設備進行溫度測量，發現母線個別對接面存在局部發熱點，該發熱點較其他部位高出12℃，為37℃，其他部位溫度為25℃，經過一段時間的檢測，溫度最高時可達到70℃，且隨著母線通電電流增大而升高。母線對接面由金屬法蘭、盆式絕緣子、O型密封圈及防水膠用螺栓緊固而成，O型圈、盆式絕緣子及防水膠的適用條件分別為-55℃～120℃、-55℃～105℃及-55℃～210℃，因此該局部溫度達到70℃對設備運行不會造成影響，考慮到負荷電流沒有達到最大及局部過熱是否還會繼續擴大等因素，需要對局部過熱部位進行處理。

2原因分析

該變電站220kV GIS為室外安裝雙母線結構，每條母線中設有檢修壓縮用波紋管，母線為三相分箱結構，采用多點接地，且三相母線外殼間隔間采用連接鋁排進行連接。

引起封閉母線外殼發熱的因素有以下幾點。

(1)鋁制的封閉母線外殼處在母線所產生的交變磁場中，產生電流，引起發熱。

(2)封閉母線導體上大電流產生的熱量以輻射、對流的方式傳遞到封閉母線外殼，導致其溫度逐漸升高。此種情況在正常運行下是不可能發生的。

顯然，正常運行工況下，磁場引起的發熱是封閉母線外殼發熱的主要因素。

根據電磁學的有關理論，流經每相母線的交流電流在其周圍空間產生呈正弦規律變化的磁場，該磁場在鋁制的封閉母線外殼上產生感應電勢。由于分相封閉母線三相間在兩端短路連接、接地連接，構成回路，該感應電勢在封閉母線外殼上產生感應電流，其大小原則上與母線負荷電流相當。根據經驗值，外殼上流經的感應循環電流約為母線負荷電流的70%～80%，該感應循環電流流過封閉母線外殼，引起封閉母線外殼發熱。對整個封閉母線外殼而言，負荷電流越大，封閉母線的發熱越嚴重。而對于封閉母線外殼連接處而言，該部位的發熱量與其電阻的大小及流過此處的電流有關，即電阻越大、電流密度越高的地方，發熱越嚴重。一旦母線外殼連接處局部接觸不良或接觸電阻大，該處就會出現溫度升高，溫度過高造成該接觸連接面就會發生強烈氧化，使接觸電阻增大，溫度進一步上升，最終出現局部過熱現象。

現場對發熱部位對接面兩端追加了帶線夾的電纜線短接后，經過一段時間，對接法蘭局部發熱點溫度逐步降低，線夾部位溫度升高。此現象說明外殼循環電流流經短接電纜，因此對接面流經電流減少，溫度降低，而線夾部位接觸電阻大，出現該部位的發熱現象，由此也證明了上述的原因分析是正確的。

找到了發熱的原因是由于對接面局部接觸不良造成，下面需進一步查找造成局部接觸不良的原因及處理對策。

造成局部接觸不良的原因可能如下幾個方面。

(1)波紋管調節時四根緊固螺柱緊固尺寸不一致。

經現場測量，四根螺柱緊固尺寸存在2mm～3mm偏差，存在法蘭面受力不均勻的現象。

(2)部分間隔地基下沉造成。

經現場調查、測量，同一基礎平整度最大高差4mm，相鄰高差最大為5mm，兩次測量沉降值累加最大值為6mm，上述尺寸雖滿足相關標準要求，但對法蘭受力不均造成一定影響。

(3)產品對接面構造原因。

殼體法蘭與法蘭間對接，由12個螺栓固定，對接面有O形圈、防水膠等，這樣造成對接面接觸面小，如果受力不均勻，容易造成局部接合面翹曲，接觸不良。

由于上述三方面的原因，最終造成個別對接面局部過熱現象的發生。

3處置對策

3.1 針對此部位的處置措施

對發熱部位采取重新調節波紋管受力狀態，對發熱部位螺栓重新緊固等處理對策可解決此問題的發生。

在設備運行狀態下，對發熱部位的連接面追加跨接銅排，使殼體循環電流流經跨接銅排，也可解決此問題的發生。

經采取上述措施后，效果較好，局部過熱現象消除。

3.2 防范措施

(1)應將各接合面加工平整，保證各接合面間緊密接觸，在各接合面上涂上導電膏，盡量減小接觸電阻。

(2)安裝時保證檢修壓縮用波紋管法蘭面受力均勻，波紋管四根調節螺柱調節尺寸一致。

(3)各對節面追加短路銅排，短路銅排與封閉母線外殼間的接觸面應平整，并在各接合面上涂導電膏，盡量減小接觸電阻。

(4)各螺栓緊固應采用對角分別緊固，并施加規定的力矩，使受力均勻，不出現接合面局部翹曲，防止局部區域接觸電阻過大。

(5)定期對封閉母線的發熱情況進行檢查，及時消除因運行中振動及過熱導致的螺栓松動、螺栓壓緊墊片變形等故障。

4結語

(1)經過對該站局部發熱點的原因分析及處理，證明措施是有效的，且為以后GIS母線安裝提供了寶貴經驗。

(2)GIS越來越多用在電網中，它的優點比較明顯，由于檢修時間長，一旦出現問題，造成停電時間也會很長，應加強設備的定期檢查特別是在線監測，發現問題及時分析，處理，保證設備安全穩定運行。

(3)GIS用母線分箱式封閉母線各相間的外殼相互分開，降低了相間短路的可能性，同時，由于GIS的多點接地及相間連接，造成了外殼感應循環電流，應從工藝、質量控制上充分注意各對接面受力均勻，不存在局部接觸不良或接觸電阻偏大現象。