配电所高压柜及电抗器散热问题研究

范小鹏　杨涛

摘要：随着目前电子电力行业发展越来越快，各电子设备也开始向大功率、集成化、智能化发展，而当前的配电所高压柜及电抗器的散热问题还没得到妥善解决。文章首先分析了配电所高压柜及电抗器散热常见问题，然后研究了引起配电所高压柜及电抗器散热问题的原因，最后提出了解决高压柜及电抗器散热问题的方法。

关键词：配电所；高压柜；电抗器；散热问题；电子电力行业 文献标识码：A

中图分类号：TM63 文章编号：1009-2374（2016）09-0141-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.09.069

配电所高压柜及电抗器具有性能高、可靠性高的特点，因此广泛运用于电力系统中。这类设施拥有吸收谐波电子，掌控电压、无功补偿等优良性能，已在当前的电子设施中普及开来。而在电力系统运作过程中，如果高压柜及电抗器因工作损耗而产生了过多的热量，而又得不到及时排出，就会造成设备局部温度超标，使绝缘材料失效，引起高压柜及电抗器的损坏。

1 配电所高压柜及电抗器散热常见问题

1.1 配电所高压柜散热问题

配电所高压柜里面经常会出现散热不佳的现象，使得配电所高压柜长期处于温度过高的状态，这一问题已经成为了配电所高压柜在使用过程中最经常遇到的问题。配电所高压柜的温度上升超过了预定标准，会对各种设施的安全稳妥工作产生不小的影响。并且配电所高压柜散热问题不是一个小问题，如果不及时给予妥当解决，其还会持续发展下去，使得过热程度逐步升高，问题也就变得越来越严重。长此以往，会损坏绝缘部件的工作性能，导致设施的使用期限缩短等。据不完全研究统计，当前我国内部很多发电公司和供电企业，包括河北、四川、北京、浙江、福建等多个地区，都发生了不同程度上的配电所高压开关柜散热情况反常变化，使配电所高压柜温度不正常上升，从而引起了一些安全事故，给安全生产造成了极为严重的影响。

1.2 配电所电抗器散热问题

如今电抗器在配电系统中被利用的频率也越来越高，而电抗器在运作过程中经常会遇到一些故障，其中最主要的问题就是散热问题。这类故障会影响到整个电网系统安全、稳定、可靠的电力供应。电抗器散热问题的原因主要分为以下两点：第一，局部温度超标。电抗器在运作过程中，如果局部温度超标，其聚酯薄膜就会迅速老化。如果引入线或是横截面环氧开裂的部位渗进了水分，老化速度还会进一步加快，使得设备运作强度降低，甚至引起匝间短路、起火等；第二，焊接质量问题。如果接线一头和绕组焊接部位的电阻引发了附带电阻，就容易造成散热不足现象。此外，温度上升的设计围度较小，设计值和国际标准较为接近。除了设计方面的原因，如果电抗器运作时其气孔遭到异物堵塞，也会造成散热不足，导致局部温度迅速上升，甚至着火。

2 引起配电所高压柜及电抗器散热问题的原因

2.1 引起配电所高压柜散热问题的原因

引发高压柜散热问题的原因较为复杂，可以分为自身原因和外部原因这两大类。从自身讲，高压柜有自己的基础结构元素，需要达到国家对安全防护等级的规则和制度标准，比如要避免人体直接接触到高压柜中的高压到点部位以及触碰活动部位，还要避免高压柜中侵入异常物质，引发设备短路。当前所用的高压柜通常都达到了IP4X的保护等级，大多都运用了金属材料制作全封闭式外壳，高压柜中几个小间呈相对独立的模式，封闭妥善。但这样的高压柜构造虽安全性能强，但也有它自身的缺点。因为高压柜内部容易出现散热不佳、温度不稳定上升等情形，这也是由高压柜自身的特点所决定的。

由于高压柜内部会出现电流回路或降压，因此高压柜中的设施，比如运作中的母排、电流传感器、断路器等重要设施，自身就容易产生过多热量。如果操作管理不当，也会引起高压柜内部温度上升，超过既定标准，出现散热不足现象。此外，若是高压柜内部铜排之间的间隙过窄、联结点过多、表层出现氧化现象、接触不良等，都容易引起联结点温度过高，造成散热不足。

图1 全封闭式电流互感器结构图

目前，高压柜内部电流传感器（CT）大多选用环氧型树脂进行浇铸，然后全方位支柱式密封，如图1。但针对大电流回路，由于受到构造的局限，会增添两个接头，而不同类别金属的膨胀度存在差异，接头的钢制螺栓膨胀度就要比铜质母线小很多。在运作时，随着电流及温度转变，铜接头和螺栓的状态也会跟着发生异变，接头金属受热胀大，使得表层错开，出现细微裂隙而导致氧化，温度上升，从而引起接触不良。

从外界原因看，室外环境温度也会造成高压柜散热问题。比如四川，夏季普遍温度在35℃～38℃之间，有的地区甚至会达到40℃。且设备自身也在产生热量，如果此时室内缺少降温通风设备，就会导致室内温度升高，从而使高压柜内部温度过高，散热出现问题。

2.2 引起配电所电抗器散热问题的原因

造成电抗器散热问题的原因，首先可能是电抗器引线接头出现问题。在电网运作过程中，通常会遇到电抗器引线接头损坏的现象。这样的问题在运作设施上以外绝缘的方式呈现，并且出线端子和引出铜排的联结部位有明显的损坏现象。如果电容器没有遭到破坏，可以对电抗器实施有关测试，若没有发觉反常情况，说明该问题是由绕组和引线接触不好而引起的。在运作过程中，震动导致绕组和引线联结松动滑落，接触电阻较大，会引起电容器联合电抗器一起运作后端子接口出现反常温度上升情况，使电阻持续增大，导致温度继续升高，形成恶性循环。高温引发散热不足，使端口烧坏，造成相间短路，影响到电网的安全运作。此外，有分接电抗器问题也是散热问题的一大原因。为了提高生产效率，有分电抗器在绕组上分出一个或多个接口，并且每个接口部位的电容量都有差异。若是在安装过程中，电抗器的引线接口错位，导致部分谐波或异常频段波进入，则电抗器档位互相无法配对，使得线路中产生过电流，破坏电抗器的正常运作，从而导致散热不足，温度上升。

3 配电所高压柜及电抗器散热问题的解决措施

3.1 高压柜散热问题的解决措施

图2 母线式电流互感器结构图

针对铜排发热，可以选用质量有保证的较大铜材，加大铜排之间的空隙，加强铜排载电流量，或是在铜排联结部位镀上锡或银等金属，以免母排温度超标。对于断路器触头过热问题，可以在生产、运作、检验过程中把好每一个关口，挑选好合适材料，避免触头衔接松动或是过于紧凑。对隔离触头要着重维修保护，螺栓、弹簧等部件要定时检查、更新，以免出现老化现象。

针对母线式电流互感器，对核定电流3150A或以上的高压柜内部CT，可以在保障柜内安全情况的前提下，将CT改造成穿心式结构，如图2。铜排采用贯穿式安装，不产生联结接口，可以有效改良CT散热能力。

而针对外部环境气温较高的情况，可以改良设施所处环境的温度条件和通风条件，并在此基础上加上风机的作用，能够从根本上处理好高压柜内部散热不足的问题。运用风机时，高压柜内部热气可以从上部的风机口自动排出，而下部风机同时将冷风吸入高压柜中，形成空气对流。这一方法能高效快速地降低高压柜内部温度，解决其过热问题。

3.2 电抗器散热问题的解决措施

针对局部温度过高的情况，可以改良电抗器的通风现状，尽量降低电抗器运作环境的实时气温，抑制热量上升。还要对电抗器实行定期停运维修，把电抗器表层淤积的污物清理干净，保证气孔畅通无阻。要对外部绝缘状况实行仔细检测，一旦发现异常要立即处理。在户外，要保证电抗器正常运作，可以在电抗器表层刷上绝缘涂料，控制其表层放电现象，使电流均衡，避免泄漏。

针对电抗器引线接头问题，要在电抗器内避开绕组和引线联结口松动现象，要随时检查接口并对其进行加固，如果在设计中选用了螺栓联结，就要注意避免螺栓旋转而出现虚接情况，也可以采用铜排互相联结，预防接线松动。这样一来，可以在一定程度上解决电抗器温度过高的问题。对于有分接电抗器问题，可以从绕组上抽取一个或多个接口，保证接口电容量各不相同。此外要善于利用说明书，在电抗器外形图中标注出明确的装配方法，并且操作人员要耐心装配，不能因为疏忽大意而造成安装失误或零部件松动脱落等现象，要保证有分接电抗器装配时每条引线的接口都装配正确妥当。

在实际操作中，还要注重依据变电站和电网系统的规定，挑选参数恰当的电抗器，避免因电抗器选用不适合而产生的各种问题。如果发现电抗器与电网系统不匹配，就要马上换掉，并确认新安装的电抗器是否达标，以免因电抗器参数不合而引起温度异常升高、散热不足。

4 结语

配电所高压柜及电抗器散热问题不只是单纯的设备设施问题，还涉及到生产安全和人身财产安全问题。因此，为了保障配电所高压柜及电抗器的散热需求，相关人员要继续对这一问题进行探索研究，力争对配电所高压柜及电抗器进行科学合理的优化，保证生产效率和安全。

参考文献

[1] 刘军.高压大电流开关柜的散热问题及解决方案[J].中国电业（技术版），2013，（3）.

[2] 黄恒禧.应用高压开关柜温升的简易算法及降低相应发热的技术措施[J].福建建筑，2011，（3）.

[3] 朱露，刘向农，吴昊.循环风冷却式电抗器散热结构优化与分析[J].低温与超导，2015，（8）.

作者简介：范小鹏（1991-），男，甘肃通渭人，中铁十一局集团电务工程有限公司助理工程师，研究方向：铁路电力施工管理；杨涛（1988-），男，贵州湄潭人，中铁十一局集团电务工程有限公司助理工程师，研究方向：铁路电力施工管理。

（责任编辑：秦逊玉）