电力变电站运行中设备发热的原因及预防措施浅析

徐彪

（苏州源展材料科技有限公司，江苏 苏州 215000）

现阶段，随着社会用电需求的进一步扩大，变电站设备体系的规模和复杂程度都在不断提升，给设备维护与管理工作带来了极大的难题，设备故障或异常问题时有发生，严重影响变电站的供电稳定性。设备发热问题就是其中一个重要问题，发热问题的存在使得相关设备中的电子元件可能在高温下损坏而无法正常工作，过多的热量也会直接造成零部件的损坏，如接线端子变形、绝缘材料老化等，给变电站的安全稳定运行带来了极大的隐患。因此，出于保证设备正常运行和稳定需求方面的考虑，依然有必要对变电站运行中设备发热的原因进行明确，这将有助于进一步采取措施实施预防，保证变电站设备运行的可靠性。

1 电力变电站运行中设备发热问题概述

电力变电站运行中设备发热问题是指设备在运行过程中产生过多的热量无法消散，可能导致设备过热、损坏甚至引发火灾等安全问题。在变电站设备体系中，发热的设备包括变压器、电缆、开关设备等，发热原因比较复杂，可能是由于设备过载、短路、接触不良等，具体原因需要结合实际情况进行分析。目前，变电站设备发热问题依然是一个存在的挑战，特别是随着电力需求的增长和变电站设备的老化，设备发热问题可能会变得更加普遍和严重，所造成的危害也更为迫切。在这样的情况下，及时发现并解决设备发热问题就显得尤为关键。综合来看，发热问题主要存在以下几个方面的危害。

1.1 加速设备老化

高温是引起设备老化的重要原因，原则上在正常的温度范围内，电气设备可以保持良好的寿命，但一旦超出正常温度，内部元器件会因为高温而加速老化，失去原有的稳定性和性能。比如，接线端子高温变形、塑料绝缘材料高温脆化等，这些问题会直接降低设备的使用寿命，若不及时采取措施进行处理，可能会增加设备运行的风险。

1.2 降低设备性能

变电站设备发热会使得设备性能进一步降低，特别是变压器等设备，在长期高温下运行，可能会导致绝缘材料性能下降、内部结构损坏等，使得应有的变电能力受到影响。一些设备内部的电气元件、导线等也会因为高温产生热阻，引起设备效率的下降，难以发挥正常的功能。

1.3 增加安全风险

1.4 电网稳定下降

变电站属于电网系统中不可缺少的重要组成部分，变电设备发热，可能会引起一系列的连锁反应，在相关设备因发热而产生故障的情况下，可能会进一步造成电网稳定性下降，甚至有可能引发供电中断等方面的问题，带来不良社会影响的同时，还会增加维修成本，形成一定的经济损失。

2 电力变电站运行中设备发热及原因分析

2.1 外部接头发热及其原因

电力变电站运行中，设备外部接头发热是常见的发热问题。外部接头指的是设备外部的连接部分，用于同其他设备或者线路进行连接。外部接头发热的主要原因在于其接触不良，无法保持牢固的连接，导致接头部位电阻增大，从而在运行过程中产生局部发热的问题。根据焦耳定律Q=I²Rt（J）。

式中，Q为电流通过导体产生的热量（J）；I为通过导体的电流(A)；R为导体的电阻(Ω)；t为时间。

当接头接触不良的情况下，接触电阻会增加，从而就会导致电流通过导体所产生的热量增加，引起温度升高的问题，若是超出接头部位相关材料的承受极限，就可能会引起烧毁或者火灾问题。而造成接头接触不良的原因比较复杂，在安装过程中由于未能按照技术要求进行安装，可能会导致接头接触不良的问题，造成接头发热；后期使用过程中，因为外部环境因素，导致接头松动、生锈等，也会引起接头接触不良，造成接头发热；电力变电站设备维护工作不到位，导致接头错位或者松动，引起接头接触不良，造成接头发热。

2.2 刀闸发热及其原因

刀闸发热问题是指在变电站的运行过程中，刀闸某些部分出现温度过高的情况。刀闸属于变电站开关的一种，一般用以控制电路通断，根据电压和电流等级的不同，使用范围也有所差别。刀闸发热的原因比较复杂，刀闸设计或结构不合理、刀闸过负荷等问题均会导致刀闸的发热。根据热功率公式P=I²R（W）。

式中，P为热功率（W）；I为通过电流强度（A）；R为载流导体电阻（Ω）。

可以计算电流通过刀闸时的发热功率。在刀闸自身设计或结构不合理的情况下，其电阻会比较大，相应的热功率也就比较大，电流通过刀闸的时候，就会引起刀闸发热问题；刀闸过负荷情况下，通过刀闸的电流增加，相应的热功率也会增加，同样也会引起刀闸的发热问题。变电站设备系统中，一般会根据电压、电流等级选择合适的刀闸设备进行安装，因此，过负荷问题多是由于在刀闸安装过程中，未能注意到刀闸的质量问题，导致其不能承受相应的荷载，使得运行过程中造成发热问题。

2.3 变压器发热及其原因

变压器是电力变电站中的用以变电的重要设备，包括线圈、铁芯等几部分组成，发挥着非常重要的电压变化、隔离、稳压等方面的作用。变压器发热问题是由于电流通过变压器线圈，产生热量导致温度升高。变压器发热属于正常现象，但需要保持温度在合理的范围内，一旦热量聚集导致变压器过热，将会对变压器正常运行及寿命产生影响。因此，应对变压器发热的问题予以特别的关注。

变压器发热的原因也比较多，在设备运行过程中，由于磁通密度过高，会导致铁芯负载过重，造成铁损耗和涡流损耗的问题，使得变压器热量增加，引起连接触点发热或者放油阀发热等情况。根据涡流损耗公式P=kB²f²t²V。式中，P为涡流损耗，k为涡流损耗系数，B为磁通密度，f为磁场反转频率，t为叠片厚度，V为磁性材料体积。

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通过公式可以得知，当磁通密度过高的情况下，会导致涡流损耗增加，从而引起变压器的发热问题。变压器运行过程中会产生谐波，谐波电流会在变压器绕组中产生额外的损耗，导致变压器温度的升高。铁芯同样会受到谐波影响而产生额外的损耗，损耗转化为热量，会使得变压器各部件温度产生上升的情况。

2.4 其他发热原因分析

2.4.1 材料本身导致的发热

变电站设备发热的一个重要原因在于设备材质本身。变电站设备体系中，一些材质可能会由于其自身的特性，如较高的电阻率和损耗率等特性，当电流通过的时候，便会将部分能量转化为热量，引起发热的问题。

2.4.2 设备使用不当导致发热

设备使用不当是引起发热的关键因素。主要表现为设备在使用过程中未按照要求进行操作，导致接触不良或松动问题，增加接头处发热的风险。设备负载过大，超出设计负荷的情况下，设备被迫承受更大的电压、电流，也会导致设备的发热。

2.4.3 环境因素导致发热

环境因素同样会引起设备的发热问题。在散热不良的环境条件下，设备所产生的热量无法及时散失，会导致设备过热的问题。设备露天环境下，被阳光暴晒，加上设备运行所产生的热量，也会引起设备过热。灰尘和污垢的积累，会直接影响散热效果，导致设备发热问题严重。

3 电力变电站运行中设备发热的预防措施

3.1 做好设备温度监控

设备温度监控有助于掌握设备温度的实际情况，从而判断其是否存在过热的问题，及时采取措施进行处理，以避免持续积温造成不良后果。对设备温度的监控可使用红外测温法和示温蜡片法2种。

3.1.1 红外测温法

红外测温法是电力变电站设备温度监测常用的一种办法。其主要技术原理在于通过红外成像技术或者红外测温仪来对设备表面的温度进行直接测定，从而了解设备运行时的温度变化情况，掌握设备高温区域，帮助分析设备发热的原因。红外测温法利用了物体高温辐射的红外能量与其温度之间的关系，借助设备扫描作用，快速掌握设备温度数据，从而判断设备是否存在过热问题，并以此确定是否采取措施进行处理。红外测温法应尽量避免在恶劣天气状况下使用，这将会影响测温结果，应在使用中予以注意。

3.1.2 示温蜡片法

示温蜡片是一种能够用以对温度进行测量的产品，其经过特殊设计和显色原理，在不同的温度下会呈现出不同的颜色，从而直观地反映设备的温度状态。示温蜡片法在变电站电气设备温度监控中有着极为广泛的应用，将其粘贴到设备需要测温的地方后，即可实现对温度的掌控。若是设备出现过热的问题，那么示温蜡片就会产生颜色上的变化。在日常运维中，通过对蜡片颜色的观察，即可了解设备运行温度情况，从而及时发现设备过热的问题。示温蜡片法操作简单，将温度信息可视化，有助于更便捷快速地帮助运维人员掌握设备温度状况。

3.2 加强设备巡查工作

电力变电站中的设备巡查工作是一项极为重要的工作，是了解设备运行状态的重要途径。变电站应当加强设备巡查，以在设备出现过热问题的时候，及早发现并采取措施进行处理。应当根据变电站运行的实际情况，制定巡视计划，对变电站中的各类设备进行定期巡视。重点关注变压器、断路器、刀闸、绝缘子等关键设备，通过目视、鼻嗅等办法，及时发现设备发热、异常噪音、异味等异常情况。巡视时要注重细节，观察设备的外观是否有异常现象，如漏油、漏水、损坏等，及时发现问题，有针对性地进行维护和更换。气温较高或较低的极端天气条件下，加强设备巡查，防止因气温过高或过低引起设备温度异常。

3.3 重视设备安装管理

设备安装不到位是引起后期运行中发热的重要原因，做好设备安装管理，将从根本上解决这一问题所带来的发热故障。变电站电力设备安装过程中，应当严格按照设备安装规范和要求进行安装，保证设备的安装质量和技术参数符合要求。合理规划设备的安装位置和布局，保证设备之间的距离和通风情况，避免设备过于拥挤、通风不良导致发热问题。安装完成后，对安装质量进行验收，重点检查设备固定和支撑、接线质量等，避免后期运行过程中出现接触不良等问题，使得由此而引起的设备发热问题得到预防。

3.4 合理应用诊断手段

诊断手段是进一步了解变电站设备发热问题的关键。在实际的变电站设备运行管理中，除了通过红外测温等办法对温度进行测定外，还可以通过振动判断、声波诊断、油质分析等办法来预防设备发热问题。振动判断是通过振动传感器，分析振动信号判断设备运行状态，了解异常振动情况，解决因振动而导致的接触不良问题。声波诊断则通过对设备运行声音的监测和分析，判断设备异常声音，预防设备发热问题。油质分析则主要针对变压器等设备，通过了解油质情况，判断其绝缘状态，从而对设备发热问题进行预防。

4 结语

综上所述，电力变电站运行中，设备发热问题危害极大，不仅会降低设备的使用寿命，还会对电网运行稳定性造成影响。而设备发热的原因多种多样，这包括设备老化、过载运行、环境温度过高等，为预防设备发热问题，必须要做好温度监控，加强对设备的巡查，并重视设备安装管理，利用合理的诊断手段，以降低设备发热问题产生的概率，保障变电站设备的安全稳定运行。