10kV进线中置柜发热原因分析及预防

随着油田电网升压改造的进行,10kV中置开关柜以其安全可靠、结构紧凑、占地省、操作方便等优势在改造中得到了广泛的应用。介绍了10kV进线中置开关柜在运行过程中常见的发热故障,分析了发热故障对设备及电网造成的危害,提出了相关的改进的措施。

10kV开关柜发热故障改进措施

中置开关柜的全称为铠装型移开中置式金属封闭开关设备,其分三层结构,上层为母线和仪表室(相互隔离),中间层为断路器室,下层为电缆室。由于断路器在中间层,所以称为铠装型移开中置式金属封闭开关设备,简称中置柜。现在运行二队改造变电站中均采用了这种开关柜,分别是坨八变和坨九变。其中坨八变改造后已经运行了一段时间,在这期间出现的主要问题为发热。而由于开关柜体的密闭性,开关柜的内部发热现象已成为开关柜使用中的常见问题,并且随着负荷的不断增加,10kV进线中置开关柜发热现象尤其严重,如果不加以控制,将会对设备绝缘件的性能及设备寿命产生很大的影响,直接影响设备及电网的安全稳定运行。

1涡流损耗引起的发热

中置开关柜内主变进线和母线都从穿柜套管穿过各金属隔板,当电流很大时涡流磁滞损耗引起的发热将非常严重。

1.1涡流的产生

涡流即为电磁感应作用在导体内部感生的电流。导体在磁场中运动,或者导体静止但有着随时间变化的磁场,或者两种情况同时出现,都可以造成磁力线与导体的相对切割。按照电磁感应定律,在导体中就产生感应电动势。因磁心材料的电阻率不是无穷大,绕着磁心周边有一定的电阻值,感应电压产生电流—涡流,流过这个电阻,就会引起损耗—涡流损耗。

如上图所示,在一根导体外面绕上线圈,并把线圈通交流电,那么线圈就产生交变磁场。由于线圈中间的导体在圆周方向是可以等效成一圈圈的闭合回路,所以在导体的圆周方向会产生感生电流,电流的方向沿导体的圆周方向转圈,就象一圈圈的漩涡,所以这种情况下产生的感应电流被称为涡流。因涡流而导致能量损耗称为涡流损耗。

1.2母线进线开关柜产生涡流的原理分析

当套管通过电流时,在固定铝板上会产生交变的闭合磁路,会产生涡流和磁滞损耗,引起发热,而且损耗会随负荷电流增加而上升,使绝缘介质因过热而加速老化,降低使用寿命。以坨八变母线进线柜为例,坨八变10kV进线柜垂直部分为一个狭小的密闭空间,当母线有电流通过时,铝板柜内产生交变磁场,产生涡流。由于铝板本身存在较小的电阻,使得铝板柜内产生较大的涡流,出现涡流发热现象。10kV进线柜涡流损耗不但使进线柜温度升高同时也能使旁柜的温度偏高。随着电流的增加,开关柜的温度也随着增加,这严重威胁着设备的正常运行。

1.3减小涡流损耗的措施

要减小涡流损耗的直接措施就是破坏产生涡流的磁路,使磁路不能直接通过铝板形成闭合回路而是通过周围的空气构成回路,这样就增加了回路的磁阻,涡流就会相应的减少,进而降低涡流损耗,10kV进线柜的温度自然就会有所降低。要达到这个目的可以通过在铝板柜上开槽或开成百叶窗的方式或者在左右两块铝板进行对接时在其对接的缝隙中垫上磁导率较低的填充物,使磁路不能通过铝板直接闭合。

2全封闭母线桥产生的热量引起的发热

2.1全封闭母线桥产生的热量引起发热的原因分析

由于全封闭母线可有效防止由于大风、冰凌以及小动物误撞等造成的母线短路故障的发生。所以坨八变升压改造过程中,II#主变10kV侧母线桥采用了全封闭式母线,主变至10kV高压室母线桥长度达到了30m。通电的母线本身及强日光照射封闭式母线外壳都会产生大量的热量,由于主变低压侧全封闭这些热量散不出去,只能全部顺着封闭母线通道流通至10kV进线中置开关柜内,由于中置开关柜仍旧为全密封式,这部分热量依旧无处散发,致使10kVII段进线柜温度高。I#主变10kV侧母线桥采用的敞露式母线,室外与室内不连通,两侧的10kV进线柜温度差别就较大。当两台主变负荷相等时,II#主变10kVII段进线柜外壳温度比I#主变10kVII段进线柜外壳温度高12℃左右。由此可以看出全封闭母线桥产生的热量也是造成10kV进线中置柜温度过高的主要原因之一。

2.2采取的措施

2.2.1拆除II#主变10kV侧全封闭式母线的封闭罩,将全封闭母线桥改为敞露式母线桥,使室内中置开关柜与室外隔开,室外母线产生了热量就不会流通至室内进线中置柜内,可以有效的降低10kV进线中置柜的温度。

2.2.2在II#主变10kV侧全封闭式母线封闭罩的侧面及主变10kV侧出现套管封闭罩的末端,开设散热口,可设计成百叶窗型,既能通风散热又可有效防止灰尘及各种小动物的进入。

2.2.3 10kV中置开关柜加装排风设施或在开关柜的适当位置开启通风口,进行通风散热。

2.2.4当环境温度升高时值班员及时开启高压室的窗户及轴流风机,进行通风散热。

2.2.5值班员根据10kV负荷变化情况及时投入相应数量的电力电容器,以减少无功电流,进而控制母线电流,减少涡流损耗及母线本身热量的产生。

参考文献:

[1]廖自强.变电运行事故分析及处理.中国电力出版社,2004.

[2]王显平.电力系统故障分析.中国电力出版社,2008.