配電所高壓柜及電抗器散熱問題研究

范小鵬　楊濤

摘要：隨著目前電子電力行業發展越來越快，各電子設備也開始向大功率、集成化、智能化發展，而當前的配電所高壓柜及電抗器的散熱問題還沒得到妥善解決。文章首先分析了配電所高壓柜及電抗器散熱常見問題，然后研究了引起配電所高壓柜及電抗器散熱問題的原因，最后提出了解決高壓柜及電抗器散熱問題的方法。

關鍵詞：配電所；高壓柜；電抗器；散熱問題；電子電力行業 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM63 文章編號：1009-2374（2016）09-0141-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.09.069

配電所高壓柜及電抗器具有性能高、可靠性高的特點，因此廣泛運用于電力系統中。這類設施擁有吸收諧波電子，掌控電壓、無功補償等優良性能，已在當前的電子設施中普及開來。而在電力系統運作過程中，如果高壓柜及電抗器因工作損耗而產生了過多的熱量，而又得不到及時排出，就會造成設備局部溫度超標，使絕緣材料失效，引起高壓柜及電抗器的損壞。

1 配電所高壓柜及電抗器散熱常見問題

1.1 配電所高壓柜散熱問題

配電所高壓柜里面經常會出現散熱不佳的現象，使得配電所高壓柜長期處于溫度過高的狀態，這一問題已經成為了配電所高壓柜在使用過程中最經常遇到的問題。配電所高壓柜的溫度上升超過了預定標準，會對各種設施的安全穩妥工作產生不小的影響。并且配電所高壓柜散熱問題不是一個小問題，如果不及時給予妥當解決，其還會持續發展下去，使得過熱程度逐步升高，問題也就變得越來越嚴重。長此以往，會損壞絕緣部件的工作性能，導致設施的使用期限縮短等。據不完全研究統計，當前我國內部很多發電公司和供電企業，包括河北、四川、北京、浙江、福建等多個地區，都發生了不同程度上的配電所高壓開關柜散熱情況反常變化，使配電所高壓柜溫度不正常上升，從而引起了一些安全事故，給安全生產造成了極為嚴重的影響。

1.2 配電所電抗器散熱問題

如今電抗器在配電系統中被利用的頻率也越來越高，而電抗器在運作過程中經常會遇到一些故障，其中最主要的問題就是散熱問題。這類故障會影響到整個電網系統安全、穩定、可靠的電力供應。電抗器散熱問題的原因主要分為以下兩點：第一，局部溫度超標。電抗器在運作過程中，如果局部溫度超標，其聚酯薄膜就會迅速老化。如果引入線或是橫截面環氧開裂的部位滲進了水分，老化速度還會進一步加快，使得設備運作強度降低，甚至引起匝間短路、起火等；第二，焊接質量問題。如果接線一頭和繞組焊接部位的電阻引發了附帶電阻，就容易造成散熱不足現象。此外，溫度上升的設計圍度較小，設計值和國際標準較為接近。除了設計方面的原因，如果電抗器運作時其氣孔遭到異物堵塞，也會造成散熱不足，導致局部溫度迅速上升，甚至著火。

2 引起配電所高壓柜及電抗器散熱問題的原因

2.1 引起配電所高壓柜散熱問題的原因

引發高壓柜散熱問題的原因較為復雜，可以分為自身原因和外部原因這兩大類。從自身講，高壓柜有自己的基礎結構元素，需要達到國家對安全防護等級的規則和制度標準，比如要避免人體直接接觸到高壓柜中的高壓到點部位以及觸碰活動部位，還要避免高壓柜中侵入異常物質，引發設備短路。當前所用的高壓柜通常都達到了IP4X的保護等級，大多都運用了金屬材料制作全封閉式外殼，高壓柜中幾個小間呈相對獨立的模式，封閉妥善。但這樣的高壓柜構造雖安全性能強，但也有它自身的缺點。因為高壓柜內部容易出現散熱不佳、溫度不穩定上升等情形，這也是由高壓柜自身的特點所決定的。

由于高壓柜內部會出現電流回路或降壓，因此高壓柜中的設施，比如運作中的母排、電流傳感器、斷路器等重要設施，自身就容易產生過多熱量。如果操作管理不當，也會引起高壓柜內部溫度上升，超過既定標準，出現散熱不足現象。此外，若是高壓柜內部銅排之間的間隙過窄、聯結點過多、表層出現氧化現象、接觸不良等，都容易引起聯結點溫度過高，造成散熱不足。

圖1 全封閉式電流互感器結構圖

目前，高壓柜內部電流傳感器（CT）大多選用環氧型樹脂進行澆鑄，然后全方位支柱式密封，如圖1。但針對大電流回路，由于受到構造的局限，會增添兩個接頭，而不同類別金屬的膨脹度存在差異，接頭的鋼制螺栓膨脹度就要比銅質母線小很多。在運作時，隨著電流及溫度轉變，銅接頭和螺栓的狀態也會跟著發生異變，接頭金屬受熱脹大，使得表層錯開，出現細微裂隙而導致氧化，溫度上升，從而引起接觸不良。

從外界原因看，室外環境溫度也會造成高壓柜散熱問題。比如四川，夏季普遍溫度在35℃～38℃之間，有的地區甚至會達到40℃。且設備自身也在產生熱量，如果此時室內缺少降溫通風設備，就會導致室內溫度升高，從而使高壓柜內部溫度過高，散熱出現問題。

2.2 引起配電所電抗器散熱問題的原因

造成電抗器散熱問題的原因，首先可能是電抗器引線接頭出現問題。在電網運作過程中，通常會遇到電抗器引線接頭損壞的現象。這樣的問題在運作設施上以外絕緣的方式呈現，并且出線端子和引出銅排的聯結部位有明顯的損壞現象。如果電容器沒有遭到破壞，可以對電抗器實施有關測試，若沒有發覺反常情況，說明該問題是由繞組和引線接觸不好而引起的。在運作過程中，震動導致繞組和引線聯結松動滑落，接觸電阻較大，會引起電容器聯合電抗器一起運作后端子接口出現反常溫度上升情況，使電阻持續增大，導致溫度繼續升高，形成惡性循環。高溫引發散熱不足，使端口燒壞，造成相間短路，影響到電網的安全運作。此外，有分接電抗器問題也是散熱問題的一大原因。為了提高生產效率，有分電抗器在繞組上分出一個或多個接口，并且每個接口部位的電容量都有差異。若是在安裝過程中，電抗器的引線接口錯位，導致部分諧波或異常頻段波進入，則電抗器檔位互相無法配對，使得線路中產生過電流，破壞電抗器的正常運作，從而導致散熱不足，溫度上升。

3 配電所高壓柜及電抗器散熱問題的解決措施

3.1 高壓柜散熱問題的解決措施

圖2 母線式電流互感器結構圖

針對銅排發熱，可以選用質量有保證的較大銅材，加大銅排之間的空隙，加強銅排載電流量，或是在銅排聯結部位鍍上錫或銀等金屬，以免母排溫度超標。對于斷路器觸頭過熱問題，可以在生產、運作、檢驗過程中把好每一個關口，挑選好合適材料，避免觸頭銜接松動或是過于緊湊。對隔離觸頭要著重維修保護，螺栓、彈簧等部件要定時檢查、更新，以免出現老化現象。

針對母線式電流互感器，對核定電流3150A或以上的高壓柜內部CT，可以在保障柜內安全情況的前提下，將CT改造成穿心式結構，如圖2。銅排采用貫穿式安裝，不產生聯結接口，可以有效改良CT散熱能力。

而針對外部環境氣溫較高的情況，可以改良設施所處環境的溫度條件和通風條件，并在此基礎上加上風機的作用，能夠從根本上處理好高壓柜內部散熱不足的問題。運用風機時，高壓柜內部熱氣可以從上部的風機口自動排出，而下部風機同時將冷風吸入高壓柜中，形成空氣對流。這一方法能高效快速地降低高壓柜內部溫度，解決其過熱問題。

3.2 電抗器散熱問題的解決措施

針對局部溫度過高的情況，可以改良電抗器的通風現狀，盡量降低電抗器運作環境的實時氣溫，抑制熱量上升。還要對電抗器實行定期停運維修，把電抗器表層淤積的污物清理干凈，保證氣孔暢通無阻。要對外部絕緣狀況實行仔細檢測，一旦發現異常要立即處理。在戶外，要保證電抗器正常運作，可以在電抗器表層刷上絕緣涂料，控制其表層放電現象，使電流均衡，避免泄漏。

針對電抗器引線接頭問題，要在電抗器內避開繞組和引線聯結口松動現象，要隨時檢查接口并對其進行加固，如果在設計中選用了螺栓聯結，就要注意避免螺栓旋轉而出現虛接情況，也可以采用銅排互相聯結，預防接線松動。這樣一來，可以在一定程度上解決電抗器溫度過高的問題。對于有分接電抗器問題，可以從繞組上抽取一個或多個接口，保證接口電容量各不相同。此外要善于利用說明書，在電抗器外形圖中標注出明確的裝配方法，并且操作人員要耐心裝配，不能因為疏忽大意而造成安裝失誤或零部件松動脫落等現象，要保證有分接電抗器裝配時每條引線的接口都裝配正確妥當。

在實際操作中，還要注重依據變電站和電網系統的規定，挑選參數恰當的電抗器，避免因電抗器選用不適合而產生的各種問題。如果發現電抗器與電網系統不匹配，就要馬上換掉，并確認新安裝的電抗器是否達標，以免因電抗器參數不合而引起溫度異常升高、散熱不足。

4 結語

配電所高壓柜及電抗器散熱問題不只是單純的設備設施問題，還涉及到生產安全和人身財產安全問題。因此，為了保障配電所高壓柜及電抗器的散熱需求，相關人員要繼續對這一問題進行探索研究，力爭對配電所高壓柜及電抗器進行科學合理的優化，保證生產效率和安全。

參考文獻

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作者簡介：范小鵬（1991-），男，甘肅通渭人，中鐵十一局集團電務工程有限公司助理工程師，研究方向：鐵路電力施工管理；楊濤（1988-），男，貴州湄潭人，中鐵十一局集團電務工程有限公司助理工程師，研究方向：鐵路電力施工管理。

（責任編輯：秦遜玉）