箱式變電站運行存在的問題及維護措施研究

杜沛生

（廣東粵電石碑山風(fēng)能開發(fā)有限公司，廣東汕頭 515833）

0 引言

配電網(wǎng)中各項系統(tǒng)和設(shè)備的運行情況直接關(guān)系供電系統(tǒng)整體運行效率，對變電站運行效率也產(chǎn)生一定的影響。現(xiàn)階段，大多數(shù)配電網(wǎng)采取的是箱式變電站供電方式，在調(diào)節(jié)電路系統(tǒng)方面具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢。但箱式變電站在運行期間，容易受到多種因素的干擾，影響箱式變電站運行有效性，容易引發(fā)諸多的故障。查明箱式變電站運行問題，并制定具體的運維措施，可保證箱式變電站運行效果，因此，深入該課題研究顯得尤為重要。

1 箱式變電站的組成體系

箱式變電站屬于組合式的電氣裝置，根據(jù)箱式變電站的結(jié)構(gòu)特點，整個系統(tǒng)體系主要包含兩個裝置：高壓開關(guān)設(shè)備和高低壓配電裝置，這兩個裝置均是箱式變電站的關(guān)鍵組成設(shè)備。為保證箱式變電站取得理想的運行效果，在具體運行過程中，需要優(yōu)化配置相關(guān)的線路、配件和組件，操作人員需要科學(xué)規(guī)劃，優(yōu)化設(shè)計，檢查裝置連接情況，保證各線路有效連接。箱式變電站整個箱體使用的材料類型主要是鋼材料。近年來，水泥澆筑材料比鋼質(zhì)材料的應(yīng)用頻率更高，具體的應(yīng)用效果更好，保證了箱體整體制作品質(zhì)，提升了箱式變電站箱體的絕緣性，起到顯著的隔熱作用，即便是在高溫條件下，也不會損傷箱式變電站電路，有效防范了溫度的對箱式變電站箱體產(chǎn)生的負(fù)面影響，保障箱式變電站的安全、可靠、高效運行。箱式變電站最大的特點是利用標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品的組合，充分滿足用戶的個性化需求。箱式變電站應(yīng)用效率高，其內(nèi)部變壓器的性能優(yōu)勢明顯，具有顯著的應(yīng)用優(yōu)越性[1]。同時，箱式變電站移動邊界占用的空間也小，在實際應(yīng)用中展現(xiàn)了其高效優(yōu)勢，支持在多領(lǐng)域和多場景環(huán)境中應(yīng)用。

2 箱式變電站的故障表現(xiàn)

2.1 部件老化

箱式變電站在運行過程中，容易出現(xiàn)各種類型的故障，嚴(yán)重影響箱式變電站整體運行情況，無法保證供電質(zhì)量。箱式變電站長時間運行會磨損或損壞配件、組件，降低了箱式變電站架構(gòu)體系的使用性能，縮短了箱式變電站的使用壽命，因此，零件出現(xiàn)老化現(xiàn)象，部分零件磨損嚴(yán)重，無法保證應(yīng)用效果，若不及時采取措施進(jìn)行干預(yù)，會加劇故障程度，引發(fā)安全事故，甚至造成箱式變電站爆炸，對配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的影響。箱式變電站內(nèi)部任何一個部件均可能會發(fā)生磨損或老化現(xiàn)象，甚至同時出現(xiàn)磨損和老化，對箱式變電站整體運作產(chǎn)生了干擾，將引發(fā)一系列事故[2]。箱式變電站內(nèi)部設(shè)備設(shè)施老化情況嚴(yán)重，增加了故障發(fā)生率，尤其在潮濕天氣影響下，增加了高壓電纜老化風(fēng)險，材料絕緣性能也隨之下降，增加了電氣火災(zāi)風(fēng)險隱患，加大后期安全管理難度。箱式變流過故障電流的T型電纜頭故障發(fā)生率也較高，亟須采取科學(xué)管理辦法解決此類問題。附件損壞故障情況如圖1所示。

圖1 附件損壞故障情況

2.2 外因干擾

箱式變電站容易受到外部環(huán)境因素的影響，在變電站運行期間，會受到溫度、濕度及氣壓等外因的影響，進(jìn)而影響箱式變電站的運行情況，以下就具體的外因因素進(jìn)行分析。

2.2.1 溫度干擾

箱式變電站在實際應(yīng)用過程中，會長時間暴露在室外環(huán)境中，受自然溫度和變壓器自身問題影響，箱式變電站容易出現(xiàn)升溫問題，嚴(yán)重影響箱式變電站的使用壽命，制約了箱式變電站有效運行。箱式變電站變壓器在運行過程中會產(chǎn)生大量熱量使箱體內(nèi)部溫度升高，部分熱量會散發(fā)到空氣中，但余下部分熱量對變壓器的絕緣材料產(chǎn)生了一定的影響，變壓器若長期處于高溫環(huán)境下，將造成絕緣介質(zhì)老化，逐步削弱變壓器的耐電性能。

2.2.2 濕度腐蝕

受外因影響，箱式變電站不可避免地發(fā)生濕度腐蝕問題，由于柜體與箱體之間未設(shè)置密封隔斷，因此，電纜溝潮氣會進(jìn)入箱式變電站內(nèi)部，柜內(nèi)發(fā)生凝露現(xiàn)象，隨著凝結(jié)的水珠增加，會流到設(shè)備帶電部位，與開關(guān)設(shè)備及開關(guān)設(shè)備分合閘進(jìn)行短接，最終引發(fā)設(shè)備跳閘等故障，減少設(shè)備的使用壽命，增加了后期運維難度，經(jīng)濟成本也隨之上升。

2.3 設(shè)備短路

箱式變電站密閉性不強造成的設(shè)備短路問題會經(jīng)常發(fā)生，當(dāng)箱式變電站出現(xiàn)密封不足時，會有動物從孔洞進(jìn)入箱體內(nèi)，如老鼠等動物進(jìn)入箱體后，會觸碰到相關(guān)的帶電部件，加劇了設(shè)備短路風(fēng)險，甚至損壞配件，亟須加大運維力度。

3 箱式變電站的養(yǎng)護策略

3.1 部件更新

為解決箱式變電站運行過程中出現(xiàn)的問題，降低箱式變電站運行風(fēng)險，必須加強箱式變電站運維管理，制訂周期性的檢修計劃，做好全面的檢查記錄，及時更換老化、陳舊、磨損嚴(yán)重的部件，保證箱式變電站的運行效果。因此，在箱式變電站維護管理期間，要定期更換箱變高壓T型頭、肘型頭及其附件，做好后期維護管理工作。箱式變電站長時間運行，會導(dǎo)致肘型頭的導(dǎo)電性能、絕緣性能下降，同時，現(xiàn)場電纜的長度不能滿足使用需求，因此，必須結(jié)合實際情況設(shè)計電纜長度，做好電纜頭的熔接工作。制訂T型電纜頭等高壓電氣附件的更換計劃，解決電纜頭、肘型頭及其附件絕緣性下降等問題，減少因擊穿短路燒熔起火的隱患。更換操作如圖2所示。

圖2 更換操作

3.2 外因防控

3.2.1 避雷裝置

小變電站可采取獨立避雷針，大變電所可在變電架構(gòu)上使用避雷針/避雷線，將入侵箱式變電站的雷電波降低到絕緣強度允許范圍內(nèi)，也可使用金屬氧化鋅避雷器，保證箱式變電站的避雷效果。

3.2.2 濕度腐蝕防護處理

為保證箱式變電站可靠運行，需要解決溫度腐蝕問題，必須保證箱式變電站柜體及相關(guān)電氣設(shè)備在適宜的濕度環(huán)境中運行，進(jìn)而保證箱式變電站長期穩(wěn)定運行。因此，當(dāng)雨季來臨時，箱式變電站運維人員需要及時對電纜溝、開關(guān)柜空洞進(jìn)行防水、防潮處理，制定有針對性的解決措施，科學(xué)封堵孔洞，保證箱式變電站高壓室電纜溝內(nèi)外均是絕緣的狀態(tài)，避免將電纜溝潮氣引入柜體內(nèi)。封堵孔洞時，可使用防潮封堵劑或防水性能較好的材料封堵孔洞，從而高效解決箱式變電站濕度腐蝕問題[3]。具體的防護處理措施如下。

（1）使用聚酰亞胺防護用料。為提升箱式變電站防水效果，從提高防水材料性能視角出發(fā)，將變壓器原有材料更換為具有防水性能的絕緣材料，使用NOMEX絕緣紙、聚酰亞胺等材料滿足防水需求，這些材料不但具有防潮性能，而且具有水分高滲透、耐高溫等優(yōu)點。聚酰亞胺材料在相對濕度為95%的環(huán)境中仍可保證干燥時90%的介電強度。因此，將聚酰亞胺材料用作變壓器材料切實可行，可提升變壓器導(dǎo)線防潮性能，保證供電效果。

（2）卷鐵芯結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。為提升箱式變電站供電可靠性，加強防水層面的頂層設(shè)計，對箱變變壓器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計了立體卷鐵芯結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，鐵芯主要由硅鋼帶連續(xù)卷繞而成，無縫隙，通過固化工藝，提高了鐵芯的絕緣性能，切實增強了變壓器防潮能力。

（3）餅式線圈結(jié)構(gòu)。餅式線圈結(jié)構(gòu)中的線圈使用的是“紙絕緣-空氣-紙絕緣”的混合式絕緣結(jié)構(gòu)模式，實現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計，大大降低了線圈內(nèi)部電場強度，將空氣引入混合式絕緣結(jié)構(gòu)中，有效避免了變壓器運行溫度、濕度環(huán)境對箱式變電站運行效果的干擾，減少了對箱式變電站的傷害，確保在潮濕環(huán)境下仍可保證絕緣能力。

（4）真空浸漆。真空浸漆工藝效果好，可以實現(xiàn)對高低壓線圈和立體鐵芯絕緣漆的保護。應(yīng)用濕度腐蝕措施可以提升箱式變電站變壓器的防水性能，即便將其浸泡在水中，水分也無法進(jìn)入鐵芯和線圈中，保證了箱變變壓器絕緣電阻值，加強了對箱式變電站運行保護，滿足高質(zhì)量供電需要。實驗證明，優(yōu)化設(shè)計后的變壓器防水性能得到顯著的提升，經(jīng)過48 h浸泡試驗，發(fā)現(xiàn)變壓器性能較好，證實了箱式變電站防水型變壓器的防水性能。經(jīng)由簡單的處理，變壓器可在短時間內(nèi)恢復(fù)供電功能，滿足防水性能應(yīng)用需要，保證了箱式變電站供電安全性和可靠性。

3.2.3 散熱設(shè)計

（1）箱式變電站內(nèi)部變壓器各個部位的溫度存在一定的差異，因此，當(dāng)變壓器在額定的條件下運行時，應(yīng)當(dāng)保證變壓器各部位溫度小于絕緣材料的額定溫度值。箱式變電站的變壓器在運行時，主要是靠熱傳導(dǎo)、熱輻射及對流等形式產(chǎn)生熱量，因此，為避免箱式變電站變壓器溫度上升，必須保證箱式變電站變壓器運行環(huán)境溫度在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。實際應(yīng)用中，干式變壓器繞組溫度升限值在100 K，最熱點溫度與平均溫度差較小，可利用風(fēng)機營造良好的通風(fēng)條件，將變壓器熱量散發(fā)出去。通常情況下，應(yīng)當(dāng)將箱式變電站變壓器溫度控制在20℃內(nèi)，因此，為保證變壓器溫度升限值，可改造為雙層通道式結(jié)構(gòu)，外部主要使用自然對流雙層隔熱風(fēng)道結(jié)構(gòu)，并在變壓器超負(fù)荷運行時，增設(shè)溫控強排風(fēng)裝置，進(jìn)而解決箱式變電站溫度上升問題，保證箱式變電站變壓器安全運行[4]。

（2）箱式變電站散熱與通風(fēng)、防塵之間的有相關(guān)性，三者之間相互影響，相互制約。為有效解決箱式變電站散熱問題，可在箱式變電站外殼上增加排風(fēng)扇，并在箱式變電箱內(nèi)部溫度發(fā)生變化時啟用排風(fēng)扇，當(dāng)箱變溫度下降到一定值時，排風(fēng)扇會自動停止運行，避免電力浪費。

（3）可在箱式變電站外殼表面噴涂反光材料，主要用于抵御太陽輻射引發(fā)的溫度上升問題。噴涂放光材料的效果顯著，能夠?qū)⑾涫阶冸娬緝?nèi)部溫度控制在合理范圍內(nèi)。此外，可在外殼設(shè)計上進(jìn)行優(yōu)化，預(yù)留外殼與內(nèi)部設(shè)備之間的空間距離，進(jìn)而保證設(shè)備散熱效果，防范因高溫造成設(shè)備癱瘓，最大限度避免發(fā)生絕緣材料老化現(xiàn)象，保證材料絕緣性，降低箱式變電站的運行風(fēng)險。

3.2.4 引入智能科技，防控短路問題

基于箱式變電站運維智能化、信息化、數(shù)字化發(fā)展水平不斷提升，逐步引入箱式變電站環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)，實時動態(tài)化地監(jiān)控箱變的運行環(huán)境，及時進(jìn)行故障預(yù)警，防范短路事件的發(fā)生，切實提高運維工作效率，實現(xiàn)箱式變電站一體化智能調(diào)度目標(biāo)。

4 結(jié)語

綜上所述，箱式變電站成套性強、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、維護便利、經(jīng)濟成本低、送電周期短，在城鄉(xiāng)電網(wǎng)等配電工程中的應(yīng)用十分廣泛。為提升箱式變電站運行水平，必須及時解決運行故障問題，做好溫度、濕度防護措施，優(yōu)化箱體散熱設(shè)計，并充分利用智能科技手段，為箱變創(chuàng)造環(huán)境智能監(jiān)控環(huán)境，保證箱變安全運行。