变电站设备发热分析及应对措施

管 宇

(国网江苏省电力有限公司超高压分公司，江苏 常州 213000)

0 引言

随着电网的基建工程、生产检修、技改任务的增多,电网安全运行方式压力越来越大。当电网处于特殊运行方式时,运行风险增大,如不能及时控制,极易发生大面积停电事故。

设备电流与发热息息相关。根据江苏省电力公司统计,江苏500 kV及以上变电站2017—2019年无功设备缺陷总计85起,其中引线接头发热最多,占比39 %。2018—2019年隔离开关缺陷以分合闸缺陷和闸刀发热缺陷为主,发热占比35 %。2020年上半年新增的11起隔离开关缺陷,导线线夹发热5起,闸刀发热缺陷3起。电力设备发热问题的研究成为一个日益紧迫的课题。

1 设备发热原理、部位及处理方法

变电站设备大多由导体构成,当通过负荷电流时,有一部分电能按焦耳-楞茨定律以热损耗的形式消耗掉。由此产生的发热功率为P=KfI2R,式中Kf为附加损耗系数,I为通过的负荷电流,R为载流导体的直流电阻值。

在实际运行中,导电回路的某些连接件、接头或触头因连接不良,造成接触电阻增大,由此产生更多的电阻损耗发热功率和更高的温升,从而造成局部过热。

由电压效应引起发热的设备为电压致热型设备,发生部位主要为高压套管、避雷器本体、绝缘子、电压互感器、倒置式流变头部等,这些设备发热部位可能会存在温升不明显现象,判别依据为较正常部位温度偏高超过3 K为危急缺陷。

由电流效应引起发热的设备为电流致热型设备,发生部位主要为变电站电气设备与金属部件的连接处,以及金属部件与金属部件的连接处,具体部位有隔离开关转头与刀口、断路器动静触头与中间触头、电流互感器内连接、套管柱头、电容器熔丝与熔丝座等,这些设备部位发热点的温度和温升变化明显。大多数情况下,变电站电气设备的发热主要是由电阻损耗引起的电流效应发热。

实际设备运行过程中发热部位、原因检查及相应的处理方式见表1。

表1 设备发热部位原因及处理

2 正常运行方式下的设备发热分析

2.1 事件描述

常州某500 kV变电站测温发现35 kV V母线软联C相接头65.75 ℃存在发热,A相27.54 ℃,B相28.86 ℃,环境温度24.20 ℃。根据缺陷程度分类,温差超过15 K,但热点温度未达到严重缺陷温度值的为一般缺陷；热点温度大于90 ℃,或相对温差大于或等于80 %的为严重缺陷；热点温度大于130 ℃,或相对温差大于或等于95 %的为危急缺陷。

在2019年6—7月对发热点进行跟踪测温,35 kV V母连接的无功设备只有354开关低抗运行,354开关C相发热点跟踪测温情况见表2。

表2 C相发热点跟踪测温情况

从表中2个月内的部分测温数据可看出,35 kV V母线软联C相接头发热情况真实存在,且相对温差均大于或等于80 %,达到严重缺陷指标,但跟踪测温期间发热部位并未恶化,由于电流值和环境温度变化不大,设备异常相的温度由发热和散热情况共同决定,同时温升还与测温当时的太阳辐射、风速、风向、空气湿度及天气有关。

2.2 缺陷处理

正常运行方式下,变电站设备负荷变化比较缓慢,当设备出现异常引起发热,温度并不是一下子快速上升,而是随着环境温度和负荷电流逐渐变化,但长时间过热运行会增大接触电阻,加速接触面氧化与污秽物的腐蚀,以恶性循环形式使连接处故障加剧,若不及时处理,最终可能引发烧损、熔焊或毁坏等安全事故。

一般缺陷虽然绝对温升不高,但长期发热有较大的安全隐患。在红外测温中对容易由发热造成损坏的设备需要更加关注。

若达到严重缺陷,需加强检测,必要时转移负荷,应尽快安排处理。35 kV V母线软联C相接头发热结合主变检修停电处理,拆下上接头并对接触面进行打磨,直阻测试合格,送电后复测正常。

若发展为危急缺陷,应立即降低负荷电流或立即安排消缺。

3 特殊运行方式下的设备发热分析

3.1 事件描述

2020-05-12 T06：23,网调发令将某500 kV变电站500 kV I母线改为检修。19：19,运维红外测温发现XX线50532闸刀C相动静触头连接处发热达106 ℃(A相温度67 ℃,B相温度49 ℃,环境温度21 ℃,负荷电流1374.62 A,相对温差67 %),而5053开关、流变、50531闸刀、5043开关及其相应设备温度为30 ℃左右。由于50532闸刀属于II母保电设备,再次全方位复测,确认发热点真实存在。20：05,向网调汇报情况,网调回复,加强监视并做好设备停运准备。20：35,通过负荷转移,实时电流下降到1224.61 A,发热点温度下降到80 ℃。20：47,网调发口令,XX线5053开关由运行改为冷备用。

2020-15-19 T10：00,500 kV Ⅱ母停役。经检查为闸刀剪刀头卡涩导致夹紧力不足,同时动静触头接触面氧化,接触电阻增大,造成闸刀发热。现场对闸刀动静触头接触面打磨处理后,直阻测试合格,完成消缺工作。该闸刀出厂日期为2010-07-01,投运日期为2013-07-03。该发热点2020-05-05熄灯巡视测温为C相32.8 ℃,正常相23 ℃,环境温度20.7 ℃,C相电流330.47 A。

3.2 负荷增加、设备发热

设备发热与负荷电流关系表如表3所示。

表3 设备发热与负荷电流关系

从表3数据可看出,大负荷会使设备发热更加严重,运维人员需要及时发现并向调度汇报,调度通过负荷转移后可以暂时缓解发热状况,后续作停电处理。

3.3 应对措施

因检修、基建、技改等原因,不可避免会对设备进行停电,原先停电设备的负荷就会通过联络设备进行调配,此时,联络设备会承受比往常更多甚至高达数倍的负荷。若设备本身存在发热缺陷(即使是轻微的发热),在单线(单电源)、单变、单母线等特殊方式下,运行设备负荷急剧增加,在很短时间内一般缺陷就可能会发展为危急缺陷,严重威胁设备安全运行。因此,必须对发现的缺陷进行及时处理,并实施相关预防性应对措施。

(1) 设备安装检修过程中,严格按照相关工艺要求,保证检修质量,接头的处理将更具针对性。

(2) 正常运行方式下,周期性开展红外普测与精确测温,对发现的设备发热点建档并跟踪测温,通过测温样本数据预估发热点状况,掌握缺陷的发展变化情况。

(3) 大型停电工作前,对相关联的设备进行特巡并测温,做好事故预想,二分之三接线停I母、II母设备和中开关设备都需要进行测温,即使是轻微发热也需记录,停役后密切关注相关设备负荷,及时复测。

4 结束语

许多电力设备故障往往都以设备相关部位的温度或热状态变化为征兆表现出来。变电站运维工作需要掌握站内设备发热缺陷实际发生的部位、发热的严重程度以及发热缺陷的发展情况。有些发热在早期并不明显,但在较高的环境温度和设备重载、满载的条件下会很快发展为严重及以上缺陷。因此,需要做好早期测温记录工作,保证电网安全运行。