箱式变电站运行存在的问题及维护措施研究

2022-06-30杜沛生

低碳世界 2022年4期

杜沛生

（广东粤电石碑山风能开发有限公司，广东汕头 515833）

0 引言

配电网中各项系统和设备的运行情况直接关系供电系统整体运行效率，对变电站运行效率也产生一定的影响。现阶段，大多数配电网采取的是箱式变电站供电方式，在调节电路系统方面具有显著的应用优势。但箱式变电站在运行期间，容易受到多种因素的干扰，影响箱式变电站运行有效性，容易引发诸多的故障。查明箱式变电站运行问题，并制定具体的运维措施，可保证箱式变电站运行效果，因此，深入该课题研究显得尤为重要。

1 箱式变电站的组成体系

箱式变电站属于组合式的电气装置，根据箱式变电站的结构特点，整个系统体系主要包含两个装置：高压开关设备和高低压配电装置，这两个装置均是箱式变电站的关键组成设备。为保证箱式变电站取得理想的运行效果，在具体运行过程中，需要优化配置相关的线路、配件和组件，操作人员需要科学规划，优化设计，检查装置连接情况，保证各线路有效连接。箱式变电站整个箱体使用的材料类型主要是钢材料。近年来，水泥浇筑材料比钢质材料的应用频率更高，具体的应用效果更好，保证了箱体整体制作品质，提升了箱式变电站箱体的绝缘性，起到显著的隔热作用，即便是在高温条件下，也不会损伤箱式变电站电路，有效防范了温度的对箱式变电站箱体产生的负面影响，保障箱式变电站的安全、可靠、高效运行。箱式变电站最大的特点是利用标准化产品的组合，充分满足用户的个性化需求。箱式变电站应用效率高，其内部变压器的性能优势明显，具有显著的应用优越性[1]。同时，箱式变电站移动边界占用的空间也小，在实际应用中展现了其高效优势，支持在多领域和多场景环境中应用。

2 箱式变电站的故障表现

2.1 部件老化

箱式变电站在运行过程中，容易出现各种类型的故障，严重影响箱式变电站整体运行情况，无法保证供电质量。箱式变电站长时间运行会磨损或损坏配件、组件，降低了箱式变电站架构体系的使用性能，缩短了箱式变电站的使用寿命，因此，零件出现老化现象，部分零件磨损严重，无法保证应用效果，若不及时采取措施进行干预，会加剧故障程度，引发安全事故，甚至造成箱式变电站爆炸，对配电网络系统产生巨大的影响。箱式变电站内部任何一个部件均可能会发生磨损或老化现象，甚至同时出现磨损和老化，对箱式变电站整体运作产生了干扰，将引发一系列事故[2]。箱式变电站内部设备设施老化情况严重，增加了故障发生率，尤其在潮湿天气影响下，增加了高压电缆老化风险，材料绝缘性能也随之下降，增加了电气火灾风险隐患，加大后期安全管理难度。箱式变流过故障电流的T型电缆头故障发生率也较高，亟须采取科学管理办法解决此类问题。附件损坏故障情况如图1所示。

图1 附件损坏故障情况

2.2 外因干扰

箱式变电站容易受到外部环境因素的影响，在变电站运行期间，会受到温度、湿度及气压等外因的影响，进而影响箱式变电站的运行情况，以下就具体的外因因素进行分析。

2.2.1 温度干扰

箱式变电站在实际应用过程中，会长时间暴露在室外环境中，受自然温度和变压器自身问题影响，箱式变电站容易出现升温问题，严重影响箱式变电站的使用寿命，制约了箱式变电站有效运行。箱式变电站变压器在运行过程中会产生大量热量使箱体内部温度升高，部分热量会散发到空气中，但余下部分热量对变压器的绝缘材料产生了一定的影响，变压器若长期处于高温环境下，将造成绝缘介质老化，逐步削弱变压器的耐电性能。

2.2.2 湿度腐蚀

受外因影响，箱式变电站不可避免地发生湿度腐蚀问题，由于柜体与箱体之间未设置密封隔断，因此，电缆沟潮气会进入箱式变电站内部，柜内发生凝露现象，随着凝结的水珠增加，会流到设备带电部位，与开关设备及开关设备分合闸进行短接，最终引发设备跳闸等故障，减少设备的使用寿命，增加了后期运维难度，经济成本也随之上升。

2.3 设备短路

箱式变电站密闭性不强造成的设备短路问题会经常发生，当箱式变电站出现密封不足时，会有动物从孔洞进入箱体内，如老鼠等动物进入箱体后，会触碰到相关的带电部件，加剧了设备短路风险，甚至损坏配件，亟须加大运维力度。

3 箱式变电站的养护策略

3.1 部件更新

为解决箱式变电站运行过程中出现的问题，降低箱式变电站运行风险，必须加强箱式变电站运维管理，制订周期性的检修计划，做好全面的检查记录，及时更换老化、陈旧、磨损严重的部件，保证箱式变电站的运行效果。因此，在箱式变电站维护管理期间，要定期更换箱变高压T型头、肘型头及其附件，做好后期维护管理工作。箱式变电站长时间运行，会导致肘型头的导电性能、绝缘性能下降，同时，现场电缆的长度不能满足使用需求，因此，必须结合实际情况设计电缆长度，做好电缆头的熔接工作。制订T型电缆头等高压电气附件的更换计划，解决电缆头、肘型头及其附件绝缘性下降等问题，减少因击穿短路烧熔起火的隐患。更换操作如图2所示。

图2 更换操作

3.2 外因防控

3.2.1 避雷装置

小变电站可采取独立避雷针，大变电所可在变电架构上使用避雷针/避雷线，将入侵箱式变电站的雷电波降低到绝缘强度允许范围内，也可使用金属氧化锌避雷器，保证箱式变电站的避雷效果。

3.2.2 湿度腐蚀防护处理

为保证箱式变电站可靠运行，需要解决温度腐蚀问题，必须保证箱式变电站柜体及相关电气设备在适宜的湿度环境中运行，进而保证箱式变电站长期稳定运行。因此，当雨季来临时，箱式变电站运维人员需要及时对电缆沟、开关柜空洞进行防水、防潮处理，制定有针对性的解决措施，科学封堵孔洞，保证箱式变电站高压室电缆沟内外均是绝缘的状态，避免将电缆沟潮气引入柜体内。封堵孔洞时，可使用防潮封堵剂或防水性能较好的材料封堵孔洞，从而高效解决箱式变电站湿度腐蚀问题[3]。具体的防护处理措施如下。

（1）使用聚酰亚胺防护用料。为提升箱式变电站防水效果，从提高防水材料性能视角出发，将变压器原有材料更换为具有防水性能的绝缘材料，使用NOMEX绝缘纸、聚酰亚胺等材料满足防水需求，这些材料不但具有防潮性能，而且具有水分高渗透、耐高温等优点。聚酰亚胺材料在相对湿度为95%的环境中仍可保证干燥时90%的介电强度。因此，将聚酰亚胺材料用作变压器材料切实可行，可提升变压器导线防潮性能，保证供电效果。

（2）卷铁芯结构设计方法。为提升箱式变电站供电可靠性，加强防水层面的顶层设计，对箱变变压器结构进行优化，设计了立体卷铁芯结构设计方法，铁芯主要由硅钢带连续卷绕而成，无缝隙，通过固化工艺，提高了铁芯的绝缘性能，切实增强了变压器防潮能力。

（3）饼式线圈结构。饼式线圈结构中的线圈使用的是“纸绝缘-空气-纸绝缘”的混合式绝缘结构模式，实现创新设计，大大降低了线圈内部电场强度，将空气引入混合式绝缘结构中，有效避免了变压器运行温度、湿度环境对箱式变电站运行效果的干扰，减少了对箱式变电站的伤害，确保在潮湿环境下仍可保证绝缘能力。

（4）真空浸漆。真空浸漆工艺效果好，可以实现对高低压线圈和立体铁芯绝缘漆的保护。应用湿度腐蚀措施可以提升箱式变电站变压器的防水性能，即便将其浸泡在水中，水分也无法进入铁芯和线圈中，保证了箱变变压器绝缘电阻值，加强了对箱式变电站运行保护，满足高质量供电需要。实验证明，优化设计后的变压器防水性能得到显著的提升，经过48 h浸泡试验，发现变压器性能较好，证实了箱式变电站防水型变压器的防水性能。经由简单的处理，变压器可在短时间内恢复供电功能，满足防水性能应用需要，保证了箱式变电站供电安全性和可靠性。

3.2.3 散热设计

（1）箱式变电站内部变压器各个部位的温度存在一定的差异，因此，当变压器在额定的条件下运行时，应当保证变压器各部位温度小于绝缘材料的额定温度值。箱式变电站的变压器在运行时，主要是靠热传导、热辐射及对流等形式产生热量，因此，为避免箱式变电站变压器温度上升，必须保证箱式变电站变压器运行环境温度在标准范围内。实际应用中，干式变压器绕组温度升限值在100 K，最热点温度与平均温度差较小，可利用风机营造良好的通风条件，将变压器热量散发出去。通常情况下，应当将箱式变电站变压器温度控制在20℃内，因此，为保证变压器温度升限值，可改造为双层通道式结构，外部主要使用自然对流双层隔热风道结构，并在变压器超负荷运行时，增设温控强排风装置，进而解决箱式变电站温度上升问题，保证箱式变电站变压器安全运行[4]。

（2）箱式变电站散热与通风、防尘之间的有相关性，三者之间相互影响，相互制约。为有效解决箱式变电站散热问题，可在箱式变电站外壳上增加排风扇，并在箱式变电箱内部温度发生变化时启用排风扇，当箱变温度下降到一定值时，排风扇会自动停止运行，避免电力浪费。

（3）可在箱式变电站外壳表面喷涂反光材料，主要用于抵御太阳辐射引发的温度上升问题。喷涂放光材料的效果显著，能够将箱式变电站内部温度控制在合理范围内。此外，可在外壳设计上进行优化，预留外壳与内部设备之间的空间距离，进而保证设备散热效果，防范因高温造成设备瘫痪，最大限度避免发生绝缘材料老化现象，保证材料绝缘性，降低箱式变电站的运行风险。

3.2.4 引入智能科技，防控短路问题

基于箱式变电站运维智能化、信息化、数字化发展水平不断提升，逐步引入箱式变电站环境智能监控系统，实时动态化地监控箱变的运行环境，及时进行故障预警，防范短路事件的发生，切实提高运维工作效率，实现箱式变电站一体化智能调度目标。