一种在线处置高压直流关键设备发热的智能高速气流散热装置研制

蒋益　李宁　刘军　林康泉　黄勇源

摘要：设备发热是换流站最常见的缺陷种类之一，目前尚无有效措施能在维持输送负荷正常的同时保证设备安全可靠运行。传统的处理措施是申请停电或降负荷运行，缺点是设备运行风险高、经济损失大、人员作业强度大。鉴于此，研制了一种在线处置高压直流关键设备发热的智能高速气流散热装置，其能有效降低设备发热点的温度，减少非计划停运次数，适用于多种直流关键设备的发热处置。

关键词：高压直流输电;发热;在线处置;散热

0 引言

在高压直流输电系统中，直流关键设备接头发热是换流站最常见的缺陷种类之一，目前尚无有效控制措施能在保障输送功率正常的同时确保设备安全可靠运行[1]。

本文針对目前处置高压直流关键设备发热缺陷的不足，提出了一个在线处理高压直流关键设备发热的方案，研制了一种智能高速气流散热装置。该装置能有效降低设备发热点的温度，减少非计划停运次数，适用于多种直流关键设备的发热处置。

1 研究背景及现有发热处置措施

1.1    研究背景

兴安直流作为“西电东送”的主要大通道之一，其2020年的运维面临两大压力：一是持续增长的送电压力，如图1所示，兴安直流2020年送电量达218.77亿kWh，通道利用小时数达7 292 h;二是站内设备维护压力，如图2所示，因兴安直流送电量剧增，设备运行年限长等众多因素，2020年兴仁站设备发热数量不断增多，其中紧急缺陷3个，重大缺陷2个，一般缺陷22个。

1.2    现有处置设备发热的措施

图3所示为目前高压直流输电工程中直流关键设备发热（紧急缺陷、重大缺陷、一般缺陷）的处置措施或手段。当直流关键设备发热为重大或紧急缺陷时，主要面临三大问题：设备运行风险高，多次停运损失大，人员作业强度大。为保证设备的安全可靠运行，必须采取降负荷运行的方式来降低设备发热温度，或是申请停电检修处理[2]。

1.3    现有处置方式的缺点

2020-03-26T16：20，兴仁站运维人员红外巡视时发现极2中性母线穿墙套管直流场侧接头处温度为103 ℃，按照缺陷定级标准，穿墙套管接头发热点温度>80 ℃或相对温差δ≥95%，为紧急缺陷。申请两次降功率为2 600 MW运行后，极2中性母线穿墙套管经37次红外巡视温度仍为86.4 ℃，属于紧急缺陷。为保证设备安全可靠运行，运维人员连夜填报了停电检修申请，对套管接线柱及线夹进行处理。经过检修人员夜间持续6 h的艰苦奋战，缺陷终于得以消除。

由兴仁换流站“3·26”极2中性母线穿墙套管发热紧急缺陷处置过程可以看出，目前发热缺陷处置存在以下缺点：（1）运维人员需要多次往返现场，跟踪设备发热点温度;（2）降低功率运行，负荷受限;（3）非计划紧急停运，人员作业强度大;（4）关键设备导致直流停运，经济损失大。

2 智能高速气流散热装置的研制

2.1    第一代智能高速气流散热装置

针对现有高压直流关键设备发热处置面临的设备运行风险高、停运经济损失大、人员作业强度大等三大难题，兴仁站运维人员从电吹风及视频监控技术的原理出发，研制了一种在线处置高压直流关键设备发热的智能高速气流散热装置来处理设备的发热紧急缺陷。图4所示为本文提出的第一代智能高速气流散热装置，该装置主要包括高速气流风机、绝缘导风管。

2020-07-09T09：42，兴仁换流站极2中性母线穿墙套管直流场侧接头再次发热，温度高达104 ℃，如图5所示，远高于正常运行时的温度27.8 ℃，属于紧急缺陷。兴仁站运维人员立即将研制的第一代高速气流散热装置投入现场使用。

图6所示为第一代智能高速气流散热装置现场使用效果图，从图中可以看出，10 min内极2中性母线穿墙套管直流场侧接头温度由104 ℃降至28.4 ℃，与正常运行时的温度27.8 ℃相近。装置在保障兴安直流输送功率不受影响的同时，保证了中性母线穿墙套管的安全稳定运行，减少了设备非计划停运的次数，降低了人员作业的劳动强度。

然而，第一代高速气流散热装置投入现场应用后，运维人员发现其存在以下问题：（1）绝缘导风管高度不能伸缩，安全距离不可调节，适用设备类型单一;（2）运维人员无法了解设备的实时温度，装置启停控制不便;（3）没有解决运维人员红外巡视频次高、效率低下的难题;（4）装置笨重、难移动，投入现场使用困难。

2.2    第二代智能高速气流散热装置

针对第一代高速气流散热装置的缺点，运维人员对其进行了智能化的优化升级，研制出第二代在线处置高压直流关键设备发热的智能高速气流散热装置。如图7所示，装置主要包括辅助散热风机、绝缘伸缩导风管、转向轮、移动红外、启停集成控制器、风口旋转管、防雨罩等部件。

装置各部件主要功能如下：（1）转向轮。装置整体移动便捷，可快速投入现场使用。（2）移动红外。监测设备的发热点温度并通过网桥在机器人后台实时显示，可单独使用，降低了运维人员红外巡视的频率。（3）绝缘伸缩导风管。高度可调节，适用于穿墙套管、刀闸、开关等多种设备发热处理。（4）启停集成控制器。装置可根据设备的实时温度实现远程启停控制，最大程度保障设备的安全可靠运行。（5）辅助散热风机。产生高速气流，降低设备发热点温度，使设备恢复正常温度运行，保障直流功率的正常传输和设备的安全运行。

3 应用智能高速气流散热装置的成效

装置研制成功后，分别处置了兴仁站“7·9”极2中性母线穿墙套管发热紧急缺陷，“7·22”极2阀塔阳极电抗器连接线发热紧急缺陷，装置的散热效率非常高，如图8所示，仅10 min后，发热设备的温度就降至与正常设备相近的水平。该装置在保障兴安直流输送功率不受影响的同时，保证了设备安全运行，避免了两次非计划停运，降低了人员作业的劳动强度。如按照兴安直流单极每小时送电1 500 000 kWh，每次停电6 h，上网电价0.32元/kWh计算，共获得576万元的经济效益。

4 结语

本文结合2020年兴仁换流站送电量及设备运维压力，分析了高压直流关键设备发热缺陷的现有处置措施和手段。针对现有措施面临的三大难题，在网内首次提出了基于电吹风原理处置设备发热的方式，并研制了一种在线处置高压直流关键设备发热的智能高速气流散热装置。该装置为网内后续处理此类发热问题提供了新思路、新措施，为保证直流系统的安全可靠运行提供了宝贵经验。此外，该装置还可在其他工业领域进行推广应用。

[参考文献]

[1] 郭彬，刘江涛.高压输电线路导线连接点发热问题的分析与探究[J].工业控制计算机，2011，24（12）：117-118.

收稿日期：2021-02-02

作者简介：蒋益（1990—），男，贵州普安人，助理工程师，主要从事高压直流输电设备运行维护工作。