探究220kV变电站运行设备发热原因与对策

浙江华云电力工程设计咨询有限公司 韩妩佳 张斌斌

探究220kV 变电站运行设备发热原因与对策，总结设备发热原因及对策能够在一定程度上确保变电站运行的安全稳定。在变电站设备运行过程中可能会出现一些影响变电设备健康的不确定因素，如果没有采取有效措施进行处理易引发变电站设备跳闸、保护动作等事故，并且缩短变电设备全寿命周期。因此，要想提高变电站运维工作的质量和效率，须对影响变电站设备正常运行的各类因素加以分析，找出问题所在并拟定解决对策，为我国电力行业的健康发展提供良好的基础和保障。

1 220kV 变电站运行设备发热原因

1.1 绝缘老化

绝缘老化是指变电设备在长期运行过程中，由于电场、温度、环境、机械力度等因素的综合作用下，使绝缘材料结构损坏，逐渐失去绝缘性能的过程。其是变电站运行设备发热的主要原因之一，其主要表现为绝缘材料的物理和化学性能发生变化。在物理方面，绝缘材料的弹性模量、硬度、柔韧性等特性会逐渐降低，导致绝缘材料的强度和耐磨性下降。在化学方面，绝缘材料的化学稳定性会逐渐降低，易受化学物质的侵蚀，导致绝缘材料的绝缘性能下降。各种绝缘材料、结构、工作环境的不同，促使绝缘老化的因素也各有不同，通常为过热、氧化、放电、环境、粉尘及微生物等（如图1所示）。

图1 由于开关柜绝缘件表面大量粉尘导致放电加快绝缘老化

1.2 变压器内部故障

变压器内部故障的类型有多种，包括绕组短路、铁芯过热、绝缘老化、导电回路接触不良等。其中，绕组短路是较为常见的故障类型，其会导致变压器发热，甚至爆炸等严重后果。造成变压器内部故障的原因也有多种，如铁芯多点接地、过载、电压波动、内部受潮、操作不当等。这些因素会导致变压器的绝缘性能下降以及变压器内部放电、发热等缺陷。

1.3 电气元件缺陷

电气元件缺陷是导致220kV 变电站运行设备发热的重要因素之一。电气元件缺陷可以分为内部和外部两种类型。内部缺陷指的是电气元件家族性缺陷（如图2所示）、安装或运行过程中存在的缺陷，如材料质量不良、加工工艺不当等，长期运行后会导致电气元件的绝缘能力下降。外部缺陷则指的是电气元件受到外部因素影响而发生的损坏，如短路冲击，过电压等，在运行过程中导致电气元件击穿损坏。

图2 开关柜内穿柜套管等未选用低磁导率不锈钢板涡流发热

1.4 环境温湿度过高

220kV 变电站运行设备对环境温湿度有一定要求，如浙江地区阴雨天气较多，环境湿度较高，设备内部出现凝露情况（如图3所示）。环境温湿度过高，会加快元器件老化锈蚀、缩短其使用寿命，重则可能引起直流接地、端子短路，造成保护误动或拒动以及火灾等重大事故。据统计，山东某敞开式220kV 变电站自2010年以来，已发生4起因端子箱凝露引起的直流接地，在某次调查中全站27端子箱有21个出现了不同程度的凝露现象，凝露率高达77.8%。而浙江某500kV 变电站仅2017年就发生多起由于汇控柜、开关柜凝露引起的故障事件。

图3 开关柜内凝露

1.5 充油设备绝缘油劣化

充油设备绝缘油劣化是油氧化后的结果。充油设备绝缘油在长时间的运行过程中，会逐渐被氧化，从而失去其原有的性能。这种氧化反应会导致油的酸度升高，使绝缘油导电性能增加，加快绝缘材料老化，促使变压器发热，从而影响充油设备的正常运行。

2 220kV 变电站运行设备发热对策

为了延长设备的使用寿命，减少设备发热的可能性，需要对变电设备定期进行常规检修及预防性试验，出现问题后进行相应专项试验确定主要故障原因，对应具体故障提出发热对策。

2.1 设备绝缘维护

更换绝缘材料是一种有效的对策，要选择具有较好绝缘性能、耐高温、耐磨损等的材料，且需要考虑材料的成本和可行性等方面的因素。更换绝缘材料的过程需要严格按照相关规定和标准进行操作，确保更换后的绝缘材料能够达到预期的效果[1]。对延长绝缘件使用寿命，可通过封堵增加设备密封性等外部措施，减少绝缘件所处环境的变化，定期对绝缘件外表进行清洗措施，如高分子水冲洗等，减少泄漏电流，延缓绝缘件老化速度。

2.2 加强变压器巡视及检修

为了预防变压器内部故障的发生，确保变压器安全运行，可以采取以下措施：定期进行绝缘电阻测试、定期检查变压器内部结构、定期更换变压器油、定期清洗变压器绝缘表面等。这些措施能够保证变压器的正常运行，延长变压器的使用寿命，降低运行风险[2]。定期对其进行巡视和检修尤为重要，巡视时间基准周期按变压器电压等级要求，内容包括变压器本体及附件巡检、运行监控信息调阅。

检修时间基准周期按变压器电压等级要求，内容包括变压器本体及附件带电诊断性检测、停电诊断性检测等。根据变压器的工况可调整基准周期，巡检的内容应涵盖变压器内部的各个部位，发现问题及时做出处理措施，更换对应缺陷部件，以防发生重大事故，只有这样，才能确保变压器的安全运行，提高变电站的运行效率。

2.3 定期测试和更换电气元件

电气元件是变电站运行设备的重要组成部分，其安全运行对于保障电网的稳定运行至关重要。为了确保电气元件的正常运行，定期进行常规性试验是必不可少的。首先，定期常规性试验能够及时发现电气元件的问题，如电气元件老化、磨损、腐蚀等，分析出潜在隐患，及时采取措施进行更换，避免因故障引起的事故，保障电网的稳定运行。电气元件的日常清扫和设备的正常稳定使用，均可延长电气元件的使用寿命，提高电气元件的性能和可靠性。电气元件存在使用寿命问题，变电二次元件一般为8～10年须进行更换，变电一次主设备一般依据各类设备全寿命周期进行更换，确保不因设备老化影响电网稳定安全运行。

2.4 控制环境温湿度对设备发热影响

环境温湿度对设备安全运行有较大影响，因此必须高度重视设备运行环境温湿度的控制。首先，要保证设备的散热良好，可以通过加装散热设备、优化设备布局等方式来实现。对室内运行设备，在室内按照单位容积内制冷量、除湿量的要求配置空调、除湿器、环境智能控制装置。

此外，还可在设备内、外部配置温湿度传感器等设备来监测设备的运行环境温湿度，将信号上传至变电站监控系统，在监测过程中，要注意记录温度变化的趋势，以便更好地预测设备的寿命和维护需求，出现问题时进行告警，运维人员相应做出对应解决措施，并进行必要的维护。同时，要及时清理设备周围的灰尘和杂物，保持设备的通风畅通。通过这些措施，可有效地控制设备运行温度，延长设备的使用寿命，确保电力系统的安全稳定运行。

2.5 及时过滤或更换劣化变压器绝缘油

绝缘油使充油设备有良好的热循环回路，以达到冷却散热的目的，并且增加相间、层间以及设备的主绝缘能力，提高设备的绝缘强度，防止电弧的扩展，且隔绝设备绝缘与空气接触，防止发生氧化和浸潮，保证绝缘不降低，保证充油设备的正常运行。长时间运行后充油设备绝缘油会逐渐劣化，绝缘油内会出现大量气体及金属介质，导致绝缘油油质量下降，从而影响变压器的正常运行。因此，及时过滤或更换变压器油是必要的。

充油设备绝缘油的过滤和更换应根据绝缘油的油取样试验报告进行决策，一般来说，当绝缘油的油中溶解气体分析、油介质损耗、含水量、含气量等超过规定值就需要进行过滤或者更换。绝缘油的定期抽样检测，通常每半年一次，内容包括绝缘油外观、颜色、油中溶解气体分析、击穿电压检测、水分检测、介损（90℃）检测、酸度检测等，形成报告，由专业人员进行分析后得出结论，以便及时对绝缘油进行处理，保证设备的正常运行。

在更换变压器油时，应选择符合规定的变压器油。一般来说，变压器油应符合国家标准，并且在使用过程中应严格按照规定使用[3]。另外，在更换变压器油时，应注意保护环境，防止变压器油的泄漏对环境造成影响。因此，在更换变压器油时，应选择专业的服务机构进行操作，以便保证操作的安全性和环保性。

3 220kV 变电站运行设备发热预防措施

3.1 合理设置变压器

变压器是电力系统中重要设备之一，主要用于变换电压。在220kV 变电站中，变压器的作用较为关键，其能够将输电线路中高电压的电能转换为低电压的电能，以供给用户使用。同时，变压器还可通过升压将发电厂产生的低电压电能提升为输电线路所需要的高电压电能，以保证电力传输的效率。在220kV 变电站中，合理设置变压器较为必要。

首先，变压器的设置应考虑到电力系统的稳定性和安全性，以避免设备故障对系统造成不良影响。其次，变压器的位置应选择在方便维护和检修的地方，以保证设备的正常运行。最后，合理设置变压器可提高电力系统的负载能力，以满足用户的需求。同时，在整个区域电网负荷合理分布，重负荷区域需进行负荷外送，以免变压器过载发热导致影响变电站设备健康运行。

3.2 加强日常维护和管理

加强日常维护和管理是保证220kV 变电站运行设备不发热的关键措施之一。一是建立完善的日常巡检制度，对设备进行定期检查，发现问题及时处理。

二是要加强设备的清洁工作，保持设备表面的清洁度，防止灰尘和腐蚀物质对设备产生影响。同时，还要做好设备的保养工作，及时更换老化的部件，保证设备的正常运转。

三是应该加强对设备的监控和数据分析。通过对设备运行数据的监控和分析，可以及时发现设备的异常情况，并采取相应的措施进行处理。同时，还可对设备的运行情况进行分析，找出存在的问题，并及时进行改进和优化，提高设备的运行效率和稳定性。

四是建立健全的应急预案。在设备发生故障或异常情况时，能够及时启动应急预案，采取有效措施进行处理，避免事态的进一步恶化。同时，要加强对应急预案的演练和培训，提高应急处理的能力和效率，确保设备的安全运行。

总而言之，对220kV 变电站运行设备发热进行分析时，可通过将变压器和断路器的温度数据与其他电力设备进行对比来判断其是否处于正常状态。如此不仅能够帮助相关工作者了解到变电运维工作中存在的问题，而且还能为相关部门提供有效的建议，以提高变电运维工作水平，进而确保电网系统稳定可靠地运行。同时，探究220kV 变电站运行设备发热原因与对策，对于保证供电质量、保障电力系统安全，以及维护人民群众的生命安全等方面都具有重大的意义。