330kV變電站匯控柜防塵防沙關鍵技術研究

摘 要：本文調查了中國西北地區330kV變電站匯控柜進塵進沙的原因，提出了330kV匯控柜防塵防沙關鍵技術，研制了新型330kV匯控柜樣機，對匯控柜樣機進行了防塵防水試驗。試驗結果表明：通過改進匯控柜設計方法及制造工藝，可有效提升匯控柜的防塵防沙性能，研制的新型330kV匯控柜可以滿足西北大風沙地區的使用需求。

關鍵詞：330kV變電站；匯控柜；防塵；防沙；關鍵技術

中圖分類號：TM595 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）01-0050-04

Research on the Key Technology of Dust Prevention and Sand

Prevention in the Control Cabinet of 330kV Substation

FANG Yong1 QI Wenzhi1 ZHAI Yujia1 GENG Fei2

（1.State Grid Gansu Electric Power Company ， Lanzhou Gansu 730000；

2.Henan Pingzhi High-voltage Switchgear Co.， Ltd.，Pingdingshan Henan 467000）

Abstract： Investigated the reasons of dust entering and sand entering in the control cabinet of the 330kV substation in northwestern China， put forward the key technology of dust prevention and sand prevention for the 330kV substation control cabinet， developed a new prototype of 330kV control cabinet， and carried out the dustproof and waterproof test on the control cabinet prototype. The test results showed that the dust-proof and sand-preventing performance of the control cabinet can be effectively improved through the improvement of the design method and manufacturing process of the control cabinet. The new 330kV control cabinet can meet the requirements of the northwest dusty sand area.

Keywords： 330kV Substation；control cabinet；dust prevention；sand prevention；key technology

隨著沙塵天氣強度的增大和頻率的增多，輸變電設備由于大風揚沙造成的異常跳閘呈現逐年增多之勢。發生跳閘除主設備機械特性方面的原因外，現有變電站密封結構裝置如匯控柜的防塵防沙措施不足造成的電網設備異常也時有發生。變電站是電力系統中變換電壓和分配電能的重要場所，匯控柜作為連接一次設備和二次設備的轉站點，廣泛運用于各個電壓等級的變電站。在實際電力生產中，相當一部分匯控柜安裝在戶外，環境惡劣。目前，330kV線路是我國西北地區輸變電網絡的主干線路，隨著國家“一帶一路”的進一步推進，用電需求會逐步加大，加強電網建設，尤其是特高壓線路的建設成為當前電網發展的方向。330kV線路及特高壓線路的安全、可靠對西北輸變電網絡起著至關重要的作用，對其匯控柜提出針對性的防塵防沙措施，保證柜內的二次元件正常工作是目前急需研究的課題。

1 現有330kV變電站匯控柜進沙進塵原因調查分析

甘肅省地處中國西北地區，其大風揚沙天氣具有代表性，通過對甘肅省電力公司部分330kV變電站的實地調研，得出導致匯控柜進沙進塵的原因主要有以下四點。一是人為因素。主要是不按規定鎖緊柜門，導致匯控柜門的密封達不到設計效果，從而導致沙塵進入柜體內。鑒于目前變電站管理制度的不斷完善及機器人巡視的逐漸普及，人員因素導致進沙的問題已得到明顯改善，目前已不是主要原因。二是環境因素。西北地區具備大風揚沙及沙粒微小的特殊氣候，由于設備制造廠家對電力設備的密封標準一般按IP54防護等級執行[1]，對西北地區的防沙塵效果并不理想。三是材料因素。如果柜體材料選擇不當，在運行一段時間后由于受環境腐蝕的影響，材料本身的強度和表面光滑度都會下降，從而導致柜體的密封性能逐漸減弱導致沙塵進入。四是設備因素。設備設計之初未能充分考慮西北地區的環境氣候特點或工藝上存在的缺陷，這都會導致密封不嚴。同時，設計結構不方便清掃致使沙塵不斷堆積，這也會影響柜內元器件性能。因現有匯控柜防塵防沙性能不良，部分變電站采取了在匯控柜外增加防塵罩的臨時措施，對匯控柜的正常使用和美觀性造成了不利影響，如圖1所示。

2 330kV變電站匯控柜防塵防沙關鍵技術研究

為徹底解決330kV變電站匯控柜進沙進塵問題，從匯控柜的源頭設計角度出發，研究匯控柜防塵防沙關鍵技術。

2.1 全封閉柜體和內外循環完全隔離的溫濕度控制系統

現有匯控柜常見溫濕度控制方案為：呼吸器+溫濕度控制器+加熱器。其缺點為：①匯控柜為非密封結構，細小沙塵會通過呼吸器進入柜內；②呼吸器采用過濾棉，容易被沙塵堵塞，影響空氣對流，進而影響溫濕度控制效果。常用的呼吸器見圖2、圖3。

為改進現有溫濕度控制柜系統自身的防塵防沙效果，提出了采用電氣機柜專用空調器的溫濕度控制系統方案。其優點為：①采用空調器后匯控柜可設計為全封閉結構，匯控柜內外空氣循環完全隔離，避免沙塵通過溫濕度控制系統進入柜內；②空調器具有制冷、加熱、除濕功能，可取消匯控柜內加熱器。新型溫濕度控制系統原理見圖4。

2.2 易清掃、全密封內門技術

現有匯控柜內門結構如圖5所示，其缺點為：①內門為非密封結構，內門上下左右均存在較大縫隙，縫隙尺寸為幾厘米至十幾厘米，當打開匯控柜外門對內門上元器件進行操作時，沙塵易通過內門縫隙進入柜內；②內門與外門之間為下凹結構，積累沙塵后不易清掃。

改進后的匯控柜內門結構如圖6所示，其優點為：①內門為全封閉結構，即內門上下左右均不存在貫通性縫隙，防止沙塵通過內門縫隙進入柜內；②內門下部與柜體之間設計有“積塵平臺”，方便清掃積累的沙塵。

2.3 采用圓角矩形外翻邊結構的柜門密封結構

為提高外門密封性能，匯控柜已經開始采用“外翻邊框架+Ω型密封條”的設計方案。該方案理論上具有優良的防塵防水性能，但目前匯控柜柜門密封條拐角處為直角結構，密封條安裝后容易產生褶皺，影響柜門密封效果，如圖7所示。為解決現有匯控柜外門密封設計缺陷，對外翻邊框架進行設計改進及制造工藝改進，轉角處采用大圓角結構，使密封條圓滑過渡，不易產生褶皺，從而提高匯控柜外門的密封效果，如圖8所示。

2.4 電纜進線孔模塊化密封技術

現有匯控柜電纜進線孔采用單一矩形開孔，開孔面積大，防火泥缺少有效支撐，容易產生塌陷和裂縫，影響匯控柜密封效果，沙塵可能從匯控柜底部進入柜內，如圖9所示。

本項目匯控柜電纜進線孔采用分塊密封技術，可根據現場實際電纜數量和走線位置，靈活控制電纜孔大小，便于后期防火泥施工，提升電纜孔密封效果，如圖10所示[2]。

2.5 外門多點固定技術

現有匯控柜門軸一般采用兩點固定方式，門鎖采用單點、兩點、三點固定方式，柜門可能因受力不均而產生變形，影響柜門密封效果，如圖11所示。改進后的匯控柜門軸和門鎖均采用四點固定方式，柜門受力均勻，不易變形，提高了柜門密封效果。

3 新型330kV匯控柜樣機試制及試驗驗證

基于匯控柜防塵防沙關鍵技術研究成果，完成了新型330kV匯控柜樣機試制，樣機外形尺寸為寬1 600mm，深900mm，高2 000mm。為實際驗證新型330kV匯控柜樣機的防塵防沙性能，委托西安高壓電器研究院進行了防塵試驗。試驗按照GB 4208—2008規定的最高防塵等級IP6X進行[3]，試驗順利通過，見圖12?？紤]到匯控柜需應用于戶外，一并進行了IPX5防水試驗，試驗順利通過，如圖13。防塵防水試驗順利通過，證明新型330kV匯控柜樣機具備了最高的防塵性能且能應用于戶外雨水環境中。

4 結論

通過對中國西北地區330kV變電站的實地調查，找出匯控柜進塵進沙的原因，提出匯控柜防塵防沙關鍵技術，研制出新型330kV匯控柜樣機，對匯控柜樣機進行了防塵防水試驗。試驗結果表明：通過改進匯控柜設計方法及制造工藝，可有效提升匯控柜的防塵防沙性能，研制的新型330kV匯控柜可以滿足西北大風沙地區的使用需求。以330kV變電站匯控柜為例進行研究，其成果可向其他電壓等級和密封裝置推廣應用，對提高電網運行的可靠性具有現實意義。

參考文獻：

[1]國家電網公司，智能變電站智能控制柜技術規范：Q/GDW 1430—2015[S].北京：中國標準出版社，2015.

[2]The National Electrical Manufacturers Association.IEC 60529—2004，Degrees of protection provided by enclosure （IP code）[S].2001.

[3]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，外殼防護等級（IP代碼）：GB 4208—2008[S].2008.