一種在線處置高壓直流關鍵設備發熱的智能高速氣流散熱裝置研制

蔣益　李寧　劉軍　林康泉　黃勇源

摘要：設備發熱是換流站最常見的缺陷種類之一，目前尚無有效措施能在維持輸送負荷正常的同時保證設備安全可靠運行。傳統的處理措施是申請停電或降負荷運行，缺點是設備運行風險高、經濟損失大、人員作業強度大。鑒于此，研制了一種在線處置高壓直流關鍵設備發熱的智能高速氣流散熱裝置，其能有效降低設備發熱點的溫度，減少非計劃停運次數，適用于多種直流關鍵設備的發熱處置。

關鍵詞：高壓直流輸電;發熱;在線處置;散熱

0 引言

在高壓直流輸電系統中，直流關鍵設備接頭發熱是換流站最常見的缺陷種類之一，目前尚無有效控制措施能在保障輸送功率正常的同時確保設備安全可靠運行[1]。

本文針對目前處置高壓直流關鍵設備發熱缺陷的不足，提出了一個在線處理高壓直流關鍵設備發熱的方案，研制了一種智能高速氣流散熱裝置。該裝置能有效降低設備發熱點的溫度，減少非計劃停運次數，適用于多種直流關鍵設備的發熱處置。

1 研究背景及現有發熱處置措施

1.1? ? 研究背景

興安直流作為“西電東送”的主要大通道之一，其2020年的運維面臨兩大壓力：一是持續增長的送電壓力，如圖1所示，興安直流2020年送電量達218.77億kWh，通道利用小時數達7 292 h;二是站內設備維護壓力，如圖2所示，因興安直流送電量劇增，設備運行年限長等眾多因素，2020年興仁站設備發熱數量不斷增多，其中緊急缺陷3個，重大缺陷2個，一般缺陷22個。

1.2? ? 現有處置設備發熱的措施

圖3所示為目前高壓直流輸電工程中直流關鍵設備發熱（緊急缺陷、重大缺陷、一般缺陷）的處置措施或手段。當直流關鍵設備發熱為重大或緊急缺陷時，主要面臨三大問題：設備運行風險高，多次停運損失大，人員作業強度大。為保證設備的安全可靠運行，必須采取降負荷運行的方式來降低設備發熱溫度，或是申請停電檢修處理[2]。

1.3? ? 現有處置方式的缺點

2020-03-26T16：20，興仁站運維人員紅外巡視時發現極2中性母線穿墻套管直流場側接頭處溫度為103 ℃，按照缺陷定級標準，穿墻套管接頭發熱點溫度>80 ℃或相對溫差δ≥95%，為緊急缺陷。申請兩次降功率為2 600 MW運行后，極2中性母線穿墻套管經37次紅外巡視溫度仍為86.4 ℃，屬于緊急缺陷。為保證設備安全可靠運行，運維人員連夜填報了停電檢修申請，對套管接線柱及線夾進行處理。經過檢修人員夜間持續6 h的艱苦奮戰，缺陷終于得以消除。

由興仁換流站“3·26”極2中性母線穿墻套管發熱緊急缺陷處置過程可以看出，目前發熱缺陷處置存在以下缺點：（1）運維人員需要多次往返現場，跟蹤設備發熱點溫度;（2）降低功率運行，負荷受限;（3）非計劃緊急停運，人員作業強度大;（4）關鍵設備導致直流停運，經濟損失大。

2 智能高速氣流散熱裝置的研制

2.1? ? 第一代智能高速氣流散熱裝置

針對現有高壓直流關鍵設備發熱處置面臨的設備運行風險高、停運經濟損失大、人員作業強度大等三大難題，興仁站運維人員從電吹風及視頻監控技術的原理出發，研制了一種在線處置高壓直流關鍵設備發熱的智能高速氣流散熱裝置來處理設備的發熱緊急缺陷。圖4所示為本文提出的第一代智能高速氣流散熱裝置，該裝置主要包括高速氣流風機、絕緣導風管。

2020-07-09T09：42，興仁換流站極2中性母線穿墻套管直流場側接頭再次發熱，溫度高達104 ℃，如圖5所示，遠高于正常運行時的溫度27.8 ℃，屬于緊急缺陷。興仁站運維人員立即將研制的第一代高速氣流散熱裝置投入現場使用。

圖6所示為第一代智能高速氣流散熱裝置現場使用效果圖，從圖中可以看出，10 min內極2中性母線穿墻套管直流場側接頭溫度由104 ℃降至28.4 ℃，與正常運行時的溫度27.8 ℃相近。裝置在保障興安直流輸送功率不受影響的同時，保證了中性母線穿墻套管的安全穩定運行，減少了設備非計劃停運的次數，降低了人員作業的勞動強度。

然而，第一代高速氣流散熱裝置投入現場應用后，運維人員發現其存在以下問題：（1）絕緣導風管高度不能伸縮，安全距離不可調節，適用設備類型單一;（2）運維人員無法了解設備的實時溫度，裝置啟停控制不便;（3）沒有解決運維人員紅外巡視頻次高、效率低下的難題;（4）裝置笨重、難移動，投入現場使用困難。

2.2? ? 第二代智能高速氣流散熱裝置

針對第一代高速氣流散熱裝置的缺點，運維人員對其進行了智能化的優化升級，研制出第二代在線處置高壓直流關鍵設備發熱的智能高速氣流散熱裝置。如圖7所示，裝置主要包括輔助散熱風機、絕緣伸縮導風管、轉向輪、移動紅外、啟停集成控制器、風口旋轉管、防雨罩等部件。

裝置各部件主要功能如下：（1）轉向輪。裝置整體移動便捷，可快速投入現場使用。（2）移動紅外。監測設備的發熱點溫度并通過網橋在機器人后臺實時顯示，可單獨使用，降低了運維人員紅外巡視的頻率。（3）絕緣伸縮導風管。高度可調節，適用于穿墻套管、刀閘、開關等多種設備發熱處理。（4）啟停集成控制器。裝置可根據設備的實時溫度實現遠程啟停控制，最大程度保障設備的安全可靠運行。（5）輔助散熱風機。產生高速氣流，降低設備發熱點溫度，使設備恢復正常溫度運行，保障直流功率的正常傳輸和設備的安全運行。

3 應用智能高速氣流散熱裝置的成效

裝置研制成功后，分別處置了興仁站“7·9”極2中性母線穿墻套管發熱緊急缺陷，“7·22”極2閥塔陽極電抗器連接線發熱緊急缺陷，裝置的散熱效率非常高，如圖8所示，僅10 min后，發熱設備的溫度就降至與正常設備相近的水平。該裝置在保障興安直流輸送功率不受影響的同時，保證了設備安全運行，避免了兩次非計劃停運，降低了人員作業的勞動強度。如按照興安直流單極每小時送電1 500 000 kWh，每次停電6 h，上網電價0.32元/kWh計算，共獲得576萬元的經濟效益。

4 結語

本文結合2020年興仁換流站送電量及設備運維壓力，分析了高壓直流關鍵設備發熱缺陷的現有處置措施和手段。針對現有措施面臨的三大難題，在網內首次提出了基于電吹風原理處置設備發熱的方式，并研制了一種在線處置高壓直流關鍵設備發熱的智能高速氣流散熱裝置。該裝置為網內后續處理此類發熱問題提供了新思路、新措施，為保證直流系統的安全可靠運行提供了寶貴經驗。此外，該裝置還可在其他工業領域進行推廣應用。

[參考文獻]

[1] 郭彬，劉江濤.高壓輸電線路導線連接點發熱問題的分析與探究[J].工業控制計算機，2011，24（12）：117-118.

收稿日期：2021-02-02

作者簡介：蔣益（1990—），男，貴州普安人，助理工程師，主要從事高壓直流輸電設備運行維護工作。