變電所主變低壓側(cè)穿墻套管新型底板的研制

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(國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314000)

1 引言

“安全第一，預(yù)防為主”，這是電力系統(tǒng)永恒不變的主題，“一切為用戶服務(wù)”這是電力系統(tǒng)亙古不變的宗旨。近幾年隨著社會(huì)的高速發(fā)展，企業(yè)的工業(yè)用電和居民用電直線上升，每年的夏天，特別在公司“迎峰度夏”其間，用戶負(fù)荷大增時(shí)，主變出力大，主變低壓側(cè)電流隨之增大，加上夏季炙熱酷暑的環(huán)境溫度，使得底板發(fā)熱更是火上添油，當(dāng)環(huán)境溫度在35°，主變低壓側(cè)(10kV)負(fù)荷電流在2200A左右時(shí)，其溫度最嚴(yán)重的甚至可高達(dá)155℃，電力系統(tǒng)主變低壓側(cè)電壓等級(jí)如110kV、35kV、10kV所用的穿墻套管基本上為復(fù)合外套干式穿墻套管，其絕緣材料一般為硫化硅橡膠，其套管適用環(huán)境溫度為-40°～+40°，超過(guò)溫度范圍，硫化硅橡膠易老化，當(dāng)溫度超過(guò)極限值150°時(shí)，易產(chǎn)生擊穿，發(fā)生接地、短路等安全事故，嚴(yán)重危及電網(wǎng)設(shè)備和人員安全，同時(shí)對(duì)用戶的用電可靠性也產(chǎn)生了巨大影響，并且渦流損耗也造成了電能的白白浪費(fèi)。

2 發(fā)熱原因分析

針對(duì)上述發(fā)熱情況，本文對(duì)嘉興地區(qū)所轄的變電所主變低壓側(cè)穿墻套管固定底板的三種安裝方式進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如表1所示。

表1 主變低壓側(cè)穿墻套管固定底板安裝方式

下面，我們將對(duì)上述三種的底板的安裝方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，找出底板發(fā)熱的原因所在。

2.1 主變低壓側(cè)穿墻套管安裝在戶內(nèi)鐵板的發(fā)熱情況

表2選取具有典型代表的所轄的110kV、35kV變電所主變穿墻套管安裝在戶內(nèi)鐵板的情況進(jìn)行調(diào)研及紅外線測(cè)溫，統(tǒng)計(jì)其在不同主變低壓側(cè)負(fù)荷電流、環(huán)境溫度時(shí)，主變穿墻套管底板溫度及溫升情況。

表2 底板安裝在戶內(nèi)鐵板的發(fā)熱情況

從表中可以看出，固定底板的溫度升高與主變低壓側(cè)負(fù)荷電流成正相關(guān)性，電流越大，固定底板發(fā)熱越嚴(yán)重，電流超過(guò)1500A，溫度非線性急劇上升。

2.2 主變低壓側(cè)穿墻套管安裝在戶外鐵板的發(fā)熱情況

表3選取具有典型代表的所轄的110kV、35kV變電所主變穿墻套管安裝在戶外鐵板的情況進(jìn)行調(diào)研及紅外線測(cè)溫，統(tǒng)計(jì)其在不同主變低壓側(cè)負(fù)荷電流、環(huán)境溫度時(shí)，主變穿墻套管底板溫度及溫升情況。

表3 底板安裝在戶內(nèi)鐵板的發(fā)熱情況

從表中可以看出，固定底板的溫度升高與主變低壓側(cè)負(fù)荷電流成正相關(guān)性，電流越大，固定底板發(fā)熱越嚴(yán)重，電流超過(guò)1500A，溫度非線性急劇上升，其規(guī)律與安裝在室內(nèi)方式一樣。

2.3 主變低壓側(cè)穿墻套管直接安裝在水泥板的發(fā)熱情況

表4選取具有典型代表的所轄的110kV、35kV變電所主變穿墻套管安裝在水泥板進(jìn)行調(diào)研及紅外線測(cè)溫，統(tǒng)計(jì)其在不同主變低壓側(cè)負(fù)荷電流、環(huán)境溫度時(shí)，主變穿墻套管底板溫度及溫升情況。

表4 底板安裝在戶外鐵板的發(fā)熱情況

從表中發(fā)現(xiàn)固定底板的溫度與測(cè)試的時(shí)間、環(huán)境溫度、低壓側(cè)負(fù)荷電流無(wú)關(guān)，只與環(huán)境溫度有關(guān)。

從上述三個(gè)統(tǒng)計(jì)結(jié)論中，發(fā)現(xiàn)隨著主變低壓側(cè)符合電流的增加，在鐵質(zhì)底板上溫度會(huì)上升，在水泥板上溫度不會(huì)變化，這是因?yàn)榻蛔兊碾娏髟谄渲車(chē)鷷?huì)產(chǎn)生交變的電場(chǎng)，交變的電場(chǎng)在其產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，如圖1所示，交變的磁場(chǎng)在鐵質(zhì)底板上會(huì)因電磁感應(yīng)如圖2所示產(chǎn)生渦流發(fā)熱，因?yàn)殍F質(zhì)底板的相對(duì)導(dǎo)磁率在3000～5000左右，而在水泥板上，不會(huì)因電磁感應(yīng)產(chǎn)生渦流而發(fā)熱，因?yàn)樗酁榉菍?dǎo)磁材料。

圖1 主變低壓側(cè)穿墻套管底板磁場(chǎng)發(fā)布圖

電磁感應(yīng)作用在導(dǎo)體內(nèi)部感生的電流。又稱(chēng)為傅科電流。導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，或者導(dǎo)體靜止但有著隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)，或者兩種情況同時(shí)出現(xiàn)，都可以造成磁力線與導(dǎo)體的相對(duì)切割。按照電磁感應(yīng)定律，在導(dǎo)體中就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而驅(qū)動(dòng)電流。這樣引起的電流在導(dǎo)體中的分布隨著導(dǎo)體的表面形狀和磁場(chǎng)的分布而不同，其路徑往往有如水中的漩渦，因此稱(chēng)為渦流。渦流在導(dǎo)體中要產(chǎn)生熱量。所消耗的能量來(lái)源于使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的機(jī)械功，或者建立時(shí)變電磁場(chǎng)的能源。因此在電工設(shè)備中，為了防止渦流的產(chǎn)生或者減少渦流造成的能量損失，其原理圖如圖2所示。

圖2 電磁感應(yīng)產(chǎn)生渦流原理圖

3 新型低磁底板的研制

從上述的底板發(fā)熱的原因分析可知，主變穿墻套管固定底板發(fā)熱是由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生的渦流所致，其發(fā)熱量與相對(duì)導(dǎo)磁率成正比，傳統(tǒng)主變低壓側(cè)穿墻套管固定底板是用普通的鐵板或鋼板制作而成，其相對(duì)導(dǎo)磁率在3000～5000之間，渦流發(fā)熱十分嚴(yán)重。雖然主變低壓側(cè)穿墻套管安裝與水泥板不會(huì)發(fā)熱，但是如今隨著主變?nèi)萘亢陀秒娯?fù)荷的增加，水泥板已經(jīng)無(wú)法承受越來(lái)越重的穿墻套管的重量，因此，必須研制新型的低磁鋼板，在保證一定強(qiáng)度以承受套管分量的同時(shí)，將其相對(duì)導(dǎo)磁率降為1左右，使其產(chǎn)生的渦流幾乎可以忽略不計(jì)，以降低底板的溫度。

3.1 低磁材料的選擇

本文研究在鋼板內(nèi)添加一定比例的C，Mn，AI，Si，S，P等元素，進(jìn)行合適配比，使得其導(dǎo)磁率、硬度、制作成本在最佳位置。文章研究發(fā)現(xiàn)，C含量：0.17%；Mn含量：23%；Al含量2%；Si含量0.3%；P含量：0.02%時(shí)，鋼板的相對(duì)導(dǎo)磁率小于等于1.05，抗拉強(qiáng)度≥530MPa;屈服強(qiáng)度≥255MPa;延伸率≥30%，完全符合底板的強(qiáng)度需要，并且其價(jià)格在21200元/噸，格相對(duì)便宜。

3.2 制作切割的選擇

本文從制作切割精度、損傷、成本等方面出發(fā)，采用數(shù)控沖床切割，對(duì)底板進(jìn)行加工，得到所需的底板。數(shù)控沖床沖切精度高,沖切毛刺小,工件平整度好,后續(xù)加工量少,廢品率低,成形質(zhì)量高,數(shù)沖的加工尺寸精度一般可達(dá)0.1mm,產(chǎn)品的尺寸一致性好，并且數(shù)控沖床在切割金屬的過(guò)程中，采用物理的方式進(jìn)行切割，不損傷切割金屬，其物理、化學(xué)、機(jī)械金屬都不會(huì)有任何改變。

3.3 防水材料的選擇

對(duì)于戶外安裝穿墻套管底板，必須考慮其防水密封處理，防止雨水從穿墻套管與穿墻套管底板之間的縫隙中流進(jìn)去，而在選擇密封材料時(shí)，必須考慮到防水的密封度、材料的耐用度以及使用場(chǎng)所條件。本文采用防水橡皮圈，防水橡皮圈粘結(jié)性、抗水性和耐氣候性好，防水橡皮圈抗拉強(qiáng)度高，彈性好，防水性能優(yōu)越。在各類(lèi)環(huán)境中都能使用，經(jīng)久耐用，受各類(lèi)腐蝕小，使用年限長(zhǎng)，更換方便。環(huán)境溫度在-20℃～50℃范圍內(nèi)，自然老化壽命年限>10年。并且相對(duì)表面不需要太干凈，如有少許水分、油污、塵土同樣不影響防水橡皮圈的防水性能。

4 效果檢查

本文研制的新型低磁鋼板已在新建的君堂變、擴(kuò)建的文昌變、金沙變、屠甸變，運(yùn)行的金魚(yú)變、梅里變上應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)使用效果極佳。以金魚(yú)變#2主變10kV側(cè)穿墻套管底板為例，在2014年5月28日對(duì)其進(jìn)行了改造應(yīng)用。在相同的負(fù)荷情況下(低壓側(cè)10kV電流為1410A)，更換前，環(huán)境溫度29℃，從圖3可以明顯看出是最亮點(diǎn)為底板溫度66℃；更換后，環(huán)境溫度30℃，從圖4可以明顯看出是最暗點(diǎn)為底板溫度，只有30℃，基本與環(huán)境溫度持平，較之周邊墻壁的溫度還要低，取得了立竿見(jiàn)影的效果。

圖3 金魚(yú)變#2主變更換前底板紅外測(cè)溫圖

圖4 金魚(yú)變#2主變更換后底板紅外測(cè)溫圖

2014年7月6日，趕在今年電網(wǎng)“迎峰度夏”前對(duì)梅里變#2主變10kV穿墻套管底板進(jìn)行了改造更換，在相同的負(fù)荷情況下(低壓側(cè)10kV電流為1500A)在從底板更換前紅外測(cè)溫圖和底板更換后紅外測(cè)溫圖的對(duì)比可以看出，改善穿墻套管底板發(fā)熱情況的效果十分明顯，消除了由于底板發(fā)熱嚴(yán)重而可能造成的安全隱患。

圖5 梅里變#2主變更換前底板紅外測(cè)溫圖

圖6 梅里變#2主變更換前底板紅外測(cè)溫圖

所測(cè)變電所更換前2013測(cè)試時(shí)間負(fù)荷電流(A)環(huán)境溫度(℃)底板溫度(℃)溫差(℃)更換后2014測(cè)試時(shí)間負(fù)荷電流(A)環(huán)境溫度(℃)底板溫度(℃)溫差(℃)5.2814103066366.51456313105.2914323167366.8152132320金魚(yú)變#2主變6.1315103173426.111569333306.1515683276446.121578323207.27181237126897.281816383807.30180639121827.291798373705.2815003067378.181789363605.2915133171408.19180238380梅里變#2主變6.1315893177468.211778353506.1516653281498.231806363607.27180037135989.21703303007.30181239137989.3175631310

5 推廣應(yīng)用

鑒于本文研制的新型低磁鋼板的顯著效果，今后基建工程穿墻套管底板按照《國(guó)網(wǎng)嘉興供電公司關(guān)于進(jìn)一步落實(shí)國(guó)網(wǎng)公司反措和省公司專(zhuān)業(yè)管理要求的通知(嘉電運(yùn)檢〔2014〕173 號(hào))》中變電專(zhuān)業(yè)提升要求第四條執(zhí)行，進(jìn)一步明確要在110kV、35kV、20kV、10kV 等電壓等級(jí)穿墻套管底板上全面應(yīng)用低磁鋼板包含主變及出線穿墻套管，各級(jí)工程建設(shè)、施工、設(shè)計(jì)單位予

以落實(shí)。目前已是2014年度國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司群眾性科技性項(xiàng)目，在浙江省電力系統(tǒng)全面推廣應(yīng)用。

6 總結(jié)

本文針對(duì)變電所主變低壓側(cè)穿墻套管固定底板因電磁感應(yīng)產(chǎn)生渦流的發(fā)熱情況，通過(guò)研制新型的低磁鋼板，使其相對(duì)導(dǎo)磁率從原來(lái)的3000～5000降為1.05，幾乎完全消除了渦流，底板的溫度降至了環(huán)境溫度，消除了電力生產(chǎn)中的重大安全隱患，并且避免了能源浪費(fèi)。

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