變電站設備發熱分析及應對措施

管 宇

(國網江蘇省電力有限公司超高壓分公司，江蘇 常州 213000)

0 引言

隨著電網的基建工程、生產檢修、技改任務的增多,電網安全運行方式壓力越來越大。當電網處于特殊運行方式時,運行風險增大,如不能及時控制,極易發生大面積停電事故。

設備電流與發熱息息相關。根據江蘇省電力公司統計,江蘇500 kV及以上變電站2017—2019年無功設備缺陷總計85起,其中引線接頭發熱最多,占比39 %。2018—2019年隔離開關缺陷以分合閘缺陷和閘刀發熱缺陷為主,發熱占比35 %。2020年上半年新增的11起隔離開關缺陷,導線線夾發熱5起,閘刀發熱缺陷3起。電力設備發熱問題的研究成為一個日益緊迫的課題。

1 設備發熱原理、部位及處理方法

變電站設備大多由導體構成,當通過負荷電流時,有一部分電能按焦耳-楞茨定律以熱損耗的形式消耗掉。由此產生的發熱功率為P=KfI2R,式中Kf為附加損耗系數,I為通過的負荷電流,R為載流導體的直流電阻值。

在實際運行中,導電回路的某些連接件、接頭或觸頭因連接不良,造成接觸電阻增大,由此產生更多的電阻損耗發熱功率和更高的溫升,從而造成局部過熱。

由電壓效應引起發熱的設備為電壓致熱型設備,發生部位主要為高壓套管、避雷器本體、絕緣子、電壓互感器、倒置式流變頭部等,這些設備發熱部位可能會存在溫升不明顯現象,判別依據為較正常部位溫度偏高超過3 K為危急缺陷。

由電流效應引起發熱的設備為電流致熱型設備,發生部位主要為變電站電氣設備與金屬部件的連接處,以及金屬部件與金屬部件的連接處,具體部位有隔離開關轉頭與刀口、斷路器動靜觸頭與中間觸頭、電流互感器內連接、套管柱頭、電容器熔絲與熔絲座等,這些設備部位發熱點的溫度和溫升變化明顯。大多數情況下,變電站電氣設備的發熱主要是由電阻損耗引起的電流效應發熱。

實際設備運行過程中發熱部位、原因檢查及相應的處理方式見表1。

表1 設備發熱部位原因及處理

2 正常運行方式下的設備發熱分析

2.1 事件描述

常州某500 kV變電站測溫發現35 kV V母線軟聯C相接頭65.75 ℃存在發熱,A相27.54 ℃,B相28.86 ℃,環境溫度24.20 ℃。根據缺陷程度分類,溫差超過15 K,但熱點溫度未達到嚴重缺陷溫度值的為一般缺陷；熱點溫度大于90 ℃,或相對溫差大于或等于80 %的為嚴重缺陷；熱點溫度大于130 ℃,或相對溫差大于或等于95 %的為危急缺陷。

在2019年6—7月對發熱點進行跟蹤測溫,35 kV V母連接的無功設備只有354開關低抗運行,354開關C相發熱點跟蹤測溫情況見表2。

表2 C相發熱點跟蹤測溫情況

從表中2個月內的部分測溫數據可看出,35 kV V母線軟聯C相接頭發熱情況真實存在,且相對溫差均大于或等于80 %,達到嚴重缺陷指標,但跟蹤測溫期間發熱部位并未惡化,由于電流值和環境溫度變化不大,設備異常相的溫度由發熱和散熱情況共同決定,同時溫升還與測溫當時的太陽輻射、風速、風向、空氣濕度及天氣有關。

2.2 缺陷處理

正常運行方式下,變電站設備負荷變化比較緩慢,當設備出現異常引起發熱,溫度并不是一下子快速上升,而是隨著環境溫度和負荷電流逐漸變化,但長時間過熱運行會增大接觸電阻,加速接觸面氧化與污穢物的腐蝕,以惡性循環形式使連接處故障加劇,若不及時處理,最終可能引發燒損、熔焊或毀壞等安全事故。

一般缺陷雖然絕對溫升不高,但長期發熱有較大的安全隱患。在紅外測溫中對容易由發熱造成損壞的設備需要更加關注。

若達到嚴重缺陷,需加強檢測,必要時轉移負荷,應盡快安排處理。35 kV V母線軟聯C相接頭發熱結合主變檢修停電處理,拆下上接頭并對接觸面進行打磨,直阻測試合格,送電后復測正常。

若發展為危急缺陷,應立即降低負荷電流或立即安排消缺。

3 特殊運行方式下的設備發熱分析

3.1 事件描述

2020-05-12 T06：23,網調發令將某500 kV變電站500 kV I母線改為檢修。19：19,運維紅外測溫發現XX線50532閘刀C相動靜觸頭連接處發熱達106 ℃(A相溫度67 ℃,B相溫度49 ℃,環境溫度21 ℃,負荷電流1374.62 A,相對溫差67 %),而5053開關、流變、50531閘刀、5043開關及其相應設備溫度為30 ℃左右。由于50532閘刀屬于II母保電設備,再次全方位復測,確認發熱點真實存在。20：05,向網調匯報情況,網調回復,加強監視并做好設備停運準備。20：35,通過負荷轉移,實時電流下降到1224.61 A,發熱點溫度下降到80 ℃。20：47,網調發口令,XX線5053開關由運行改為冷備用。

2020-15-19 T10：00,500 kV Ⅱ母停役。經檢查為閘刀剪刀頭卡澀導致夾緊力不足,同時動靜觸頭接觸面氧化,接觸電阻增大,造成閘刀發熱。現場對閘刀動靜觸頭接觸面打磨處理后,直阻測試合格,完成消缺工作。該閘刀出廠日期為2010-07-01,投運日期為2013-07-03。該發熱點2020-05-05熄燈巡視測溫為C相32.8 ℃,正常相23 ℃,環境溫度20.7 ℃,C相電流330.47 A。

3.2 負荷增加、設備發熱

設備發熱與負荷電流關系表如表3所示。

表3 設備發熱與負荷電流關系

從表3數據可看出,大負荷會使設備發熱更加嚴重,運維人員需要及時發現并向調度匯報,調度通過負荷轉移后可以暫時緩解發熱狀況,后續作停電處理。

3.3 應對措施

因檢修、基建、技改等原因,不可避免會對設備進行停電,原先停電設備的負荷就會通過聯絡設備進行調配,此時,聯絡設備會承受比往常更多甚至高達數倍的負荷。若設備本身存在發熱缺陷(即使是輕微的發熱),在單線(單電源)、單變、單母線等特殊方式下,運行設備負荷急劇增加,在很短時間內一般缺陷就可能會發展為危急缺陷,嚴重威脅設備安全運行。因此,必須對發現的缺陷進行及時處理,并實施相關預防性應對措施。

(1) 設備安裝檢修過程中,嚴格按照相關工藝要求,保證檢修質量,接頭的處理將更具針對性。

(2) 正常運行方式下,周期性開展紅外普測與精確測溫,對發現的設備發熱點建檔并跟蹤測溫,通過測溫樣本數據預估發熱點狀況,掌握缺陷的發展變化情況。

(3) 大型停電工作前,對相關聯的設備進行特巡并測溫,做好事故預想,二分之三接線停I母、II母設備和中開關設備都需要進行測溫,即使是輕微發熱也需記錄,停役后密切關注相關設備負荷,及時復測。

4 結束語

許多電力設備故障往往都以設備相關部位的溫度或熱狀態變化為征兆表現出來。變電站運維工作需要掌握站內設備發熱缺陷實際發生的部位、發熱的嚴重程度以及發熱缺陷的發展情況。有些發熱在早期并不明顯,但在較高的環境溫度和設備重載、滿載的條件下會很快發展為嚴重及以上缺陷。因此,需要做好早期測溫記錄工作,保證電網安全運行。