一种变电站一次设备发热应急处理散热装置

2021-02-25江润洲蔡素雄胡文豪陈晓军

科技经济导刊 2021年3期

江润洲，蔡素雄，胡文豪，陈晓军

（广东电网有限责任公司惠州供电局，广东惠州 516000）

1.引言

众所周知，电力系统的内部构成较复杂，电力系统工程要想做到维持正常的稳定运行，就需要保证正常的运转，在实际运行期间会导致变电站出现异常的重要影响原因是电气一次设备过热问题，如果没有及时发现和优化整改热源，会由机身传递到内部影响到正常的运转，使得内置的设施出现过热严重时，导致烧线问题的出现；如果烧断了主线路会影响到整个发电机，进而停止运行。因而不难看出，在实际开展变电站日常维护工作期间，一定要积极重视过热问题并降低发生率。

2.设备散热处理常用方法

目前，主要利用以下三种传热原理应对设备散热处理：自然散热（不受任何外部辅助能量的影响，温度由局部散热装置向周围环境传热的方式控制，加装散热片）；强制散热（通过风扇等装置加速设备周围的空气流动并除去热量的方法，实践中，增强这种对流传热能力的主要方法是适当增加散热总面积，在散热表面上产生相对大的对流传热系数）；接触式散热（间接液体冷却是将液体冷却剂应用于与电气设备直接接触，通过中间介质系统，使热元件通过它。直接液体冷却称为浸入式冷却方法，即将液体与相关设备直接接触，通过冷却剂吸收热量并带走热量）。考虑到一次电气设备的外形结构、占地空间、经济成本等因素，变电站内的一次电气设备都具备较好的散热功能。

3.技术问题

目前，设备厂商在设计、生产中考虑变电站一次电气设备加装散热功能的主要为利用电磁感应原理工作的电气设备上；例如“主变压器、电压互感器、电流互感器的油浸接触式散热，主变压器的油浸外加油循环模块叠加散热片模块配合风扇的接触式散热+强制散热”。而非电磁感应原理的一般传输电能的电气设备的散热，在正常运行环境下保证热稳定性能即可，不考虑外置散热装置，一般采取自然散热方式，例如“隔离开关、母线、导线等”。“10kV 大电流开关柜柜体外置装风扇进行的强制散热”是根据运行要求后期改造的结果。当不具备外部装置提供额外散热能力的一次设备出现异常发热时，这类设备在自然空气对流的形式下散热，散热能力无法满足异常发热情况下设备产生的热量，若发热持续发展，设备导体间的接触面将生成氧化层薄膜，增加导体之间的接触电阻，设备温度继续升高。而且导体表面氧化的速度与接触面温度成正相关，一旦超过临界温度值，这个过程将彼此促进，加速进行，并引起恶性循环。另外，当导体发热温度超过一定值时，弹簧接触部分的弹性元件将会退火，使接触压力降低，也会增加接触电阻，恶性循环加剧，最终导致一次电气设备的连接状态遭到破坏，严重时将发生燃弧、短路，进一步损坏主设备。综上所述，面对此类设备（隔离开关、导线）的异常发热风险，且在客户对用电的要求普遍提高的市场条件下，非计划性停电措施一般难以申请。为了保障设备安全，抑制设备发热位置温度的升高，我们当前将大功率工业落地风扇作为应急手段，通过对一次设备的导体连接发热位置推射大量气流，达到强制对流散热效果。但工业落地风扇，除了风量大、易于携带以外，作为一种抑制一次电气设备发热的应急手段还存在以下不足：产生气流散射面大，不集中，无法精准作用于设备发热位置，降温幅度不够迅速；产生的最大风速有限，导致实际气流作用距离有限，影响强制对流热交换的散热效果；进一步使得落地工业风扇作为应急装置的使用场景大大缩小；气流方向调整慢，无法快速将风扇气流对准发热点，操作耗时长，效率低；受制于场地平整度等因素，落地风扇工作姿态不够平稳，风扇有倾倒风险；无法完全保证风扇不将场地周围的细碎物屑卷入高电压电气设备周围，引起放电、短路现象，影响设备正常运行，需要有人现场看守，有一定安全隐患。

4.变电站一次设备发热应急处理散热装置方案

一种针对不具备外部散热能力的变电站一次电气设备发热应急处理散热装置，本装置主要通过气源产生装置（螺杆式空气压缩机原理）来提供稳定持续的高压气源，通过高气压导管将高压气源充入高速气流喷射装置腔体，再经高速气流喷射装置的小孔径管状风嘴，便能稳定持续地对外喷射散射面积小、初始风速高、作用距离远的、高速气流。利用调向功能固定装置将高速气流喷射装置固定在不同电压等级设备装置的底座横担处，既保证符合电力安全要求的合适距离（220 kV 大于3 m、110 kV 大于1.5 m、10 kV 大于0.7 m），又提供稳定的作业平面。当不具备外部散热能力或只具备自然散热能力的高压电气设备出现异常发热时，通过将持续的高速气流聚焦于发热点周围，强制设备和空气间进行热传递，产生高效的强制对流散热效果，实现设备发热处温度的快速下降，抑制高压电气设备的导体发热温度不超过临界值，进一步达到降低设备因发热温度持续升高得不到有效控制而产生不良后果的隐患率，保证设备安全与客户生产、生活用电可靠性。

本装置（如图1）由主要包括气源产生装置（1）、装置移动平台（2）、高速气流喷射装置（3）、高气压导管（4）、调向功能固定装置（5）组成。气源产生装置（1）采用能提供持续高压气源、工作稳定、维护成本低的螺杆式空气压缩机（内含储气罐（10）、配电箱、电机、空气滤芯、风扇、压力表、油滤芯）。气源产生装置（1）产生的高压气源，将从出气阀（24）与高气压导管（4）的气管连接阀（25）构成的气源通道，再经高速气流喷射装置（3）的气流进气阀（26）进入高速气流喷射装置（3）腔体；高速气流喷射装置（3）通过装置下端设置的开关限位卡扣（17）控制气源喷射装置的关闭与持续开启。当开关限位卡扣（17）处于开启状态时，高压气源经过高速气流喷射装置（3）腔体从管状小孔径的风嘴（18）向外喷射，从而产生散射面积小、初始风速高、作用距离远的、稳定持续的高速气流。调向功能固定装置（5）中间位置的调向卡扣（20）可以调整卡钳的松紧来固定高速气流喷射装置（3），调向卡扣（20）通过旋转扣身来调节风嘴（18）的喷射角度，结合枪体激光瞄具（19）可快速将高压喷射气流对准设备发热点；调向功能固定装置（5）两侧为可调节长度的固定伸缩杆（21）及伸缩杆垫片（23），固定伸缩杆（21）可以通过紧固旋帽（22）调节至合适长度并作用于设备底座横担的垂直平面让调向功能固定装置（5）形成支撑力，为高速气流喷射装置（3）提供稳定的作业平面。变电站运维人员在发现设备发热有异常迹象后，可以通过装置移动平台（2）将装置转移至对应发热设备位置，装置移动平台（2）底部设置制动功能车轮（8），一侧设置手推扶手架（6），手推扶手架（6）中间设置配件储物筐（7）。装置移动平台（2）上设置与平台面积等大小的10mm 厚的缓震胶垫（9），缓震胶垫（9）上固定放置高气压发生装置（1）。

使用调向功能固定装置（5）将高速气流喷射装置（3）固定于与设备发热位置保持安全距离的设备底座横担处，气源发生装置（1）提供的持续稳定高压气源经过高气压导管（4）输送至高速气流喷射装置（3）经风嘴（18）对外喷射散射面小、初始速度高、作用距离远的高速气流，利用高速气流使设备发热点与周围空气进行强制热交换对流散热，让不具备外部散热能力的变电站一次电气设备从外部获得稳定、高效、持续的散热能力，将设备发热点温度抑制在临界值范围内，从而通过快速抑制设备发热温度的变化来控制导体间表面的氧化程度，阻断导体接触电阻升高的趋势，降低电力设备异常发热产生不良后果的机率。

图1 装置图

5.成效

变电站一次设备发热应急处理散热装置能够产生初始速度高、散射面小、作用距离远、持续稳定的高压喷射气流，保证空气与设备间进行强制对流散热的条件更有效；喷射气流采用压缩空气原理供气，管状小孔径风嘴喷出，气压大，有效作用距离涵盖220 kV、110 kV 电压等级的一次电气设备，扩大了装置的使用的范围；装置的作业面不再受地面环境影响，调向功能固定装置可以固定在距离高压电气作业对象符合电气安全距离要求的底座位置，为高压喷射气流提供稳定的作业平面；调向功能固定装置可以调整喷射气流的角度、方向，结合喷射气流装置的激光瞄准，喷射气流能精确指向高压电气设备的发热点，提高了气流作用的精准度；操作简单、布置快速、维护方便；气源产生装置具备空气过滤功能，聚集气源时隔绝装置内卷入空气碎屑使得喷射气流含杂质，避免在电气设备间产生短路、放电现象。