330kV變電站匯控柜防塵防沙關(guān)鍵技術(shù)研究

摘 要：本文調(diào)查了中國西北地區(qū)330kV變電站匯控柜進(jìn)塵進(jìn)沙的原因，提出了330kV匯控柜防塵防沙關(guān)鍵技術(shù)，研制了新型330kV匯控柜樣機(jī)，對匯控柜樣機(jī)進(jìn)行了防塵防水試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：通過改進(jìn)匯控柜設(shè)計方法及制造工藝，可有效提升匯控柜的防塵防沙性能，研制的新型330kV匯控柜可以滿足西北大風(fēng)沙地區(qū)的使用需求。

關(guān)鍵詞：330kV變電站；匯控柜；防塵；防沙；關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號：TM595 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）01-0050-04

Research on the Key Technology of Dust Prevention and Sand

Prevention in the Control Cabinet of 330kV Substation

FANG Yong1 QI Wenzhi1 ZHAI Yujia1 GENG Fei2

（1.State Grid Gansu Electric Power Company ， Lanzhou Gansu 730000；

2.Henan Pingzhi High-voltage Switchgear Co.， Ltd.，Pingdingshan Henan 467000）

Abstract： Investigated the reasons of dust entering and sand entering in the control cabinet of the 330kV substation in northwestern China， put forward the key technology of dust prevention and sand prevention for the 330kV substation control cabinet， developed a new prototype of 330kV control cabinet， and carried out the dustproof and waterproof test on the control cabinet prototype. The test results showed that the dust-proof and sand-preventing performance of the control cabinet can be effectively improved through the improvement of the design method and manufacturing process of the control cabinet. The new 330kV control cabinet can meet the requirements of the northwest dusty sand area.

Keywords： 330kV Substation；control cabinet；dust prevention；sand prevention；key technology

隨著沙塵天氣強(qiáng)度的增大和頻率的增多，輸變電設(shè)備由于大風(fēng)揚(yáng)沙造成的異常跳閘呈現(xiàn)逐年增多之勢。發(fā)生跳閘除主設(shè)備機(jī)械特性方面的原因外，現(xiàn)有變電站密封結(jié)構(gòu)裝置如匯控柜的防塵防沙措施不足造成的電網(wǎng)設(shè)備異常也時有發(fā)生。變電站是電力系統(tǒng)中變換電壓和分配電能的重要場所，匯控柜作為連接一次設(shè)備和二次設(shè)備的轉(zhuǎn)站點(diǎn)，廣泛運(yùn)用于各個電壓等級的變電站。在實(shí)際電力生產(chǎn)中，相當(dāng)一部分匯控柜安裝在戶外，環(huán)境惡劣。目前，330kV線路是我國西北地區(qū)輸變電網(wǎng)絡(luò)的主干線路，隨著國家“一帶一路”的進(jìn)一步推進(jìn)，用電需求會逐步加大，加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)，尤其是特高壓線路的建設(shè)成為當(dāng)前電網(wǎng)發(fā)展的方向。330kV線路及特高壓線路的安全、可靠對西北輸變電網(wǎng)絡(luò)起著至關(guān)重要的作用，對其匯控柜提出針對性的防塵防沙措施，保證柜內(nèi)的二次元件正常工作是目前急需研究的課題。

1 現(xiàn)有330kV變電站匯控柜進(jìn)沙進(jìn)塵原因調(diào)查分析

甘肅省地處中國西北地區(qū)，其大風(fēng)揚(yáng)沙天氣具有代表性，通過對甘肅省電力公司部分330kV變電站的實(shí)地調(diào)研，得出導(dǎo)致匯控柜進(jìn)沙進(jìn)塵的原因主要有以下四點(diǎn)。一是人為因素。主要是不按規(guī)定鎖緊柜門，導(dǎo)致匯控柜門的密封達(dá)不到設(shè)計效果，從而導(dǎo)致沙塵進(jìn)入柜體內(nèi)。鑒于目前變電站管理制度的不斷完善及機(jī)器人巡視的逐漸普及，人員因素導(dǎo)致進(jìn)沙的問題已得到明顯改善，目前已不是主要原因。二是環(huán)境因素。西北地區(qū)具備大風(fēng)揚(yáng)沙及沙粒微小的特殊氣候，由于設(shè)備制造廠家對電力設(shè)備的密封標(biāo)準(zhǔn)一般按IP54防護(hù)等級執(zhí)行[1]，對西北地區(qū)的防沙塵效果并不理想。三是材料因素。如果柜體材料選擇不當(dāng)，在運(yùn)行一段時間后由于受環(huán)境腐蝕的影響，材料本身的強(qiáng)度和表面光滑度都會下降，從而導(dǎo)致柜體的密封性能逐漸減弱導(dǎo)致沙塵進(jìn)入。四是設(shè)備因素。設(shè)備設(shè)計之初未能充分考慮西北地區(qū)的環(huán)境氣候特點(diǎn)或工藝上存在的缺陷，這都會導(dǎo)致密封不嚴(yán)。同時，設(shè)計結(jié)構(gòu)不方便清掃致使沙塵不斷堆積，這也會影響柜內(nèi)元器件性能。因現(xiàn)有匯控柜防塵防沙性能不良，部分變電站采取了在匯控柜外增加防塵罩的臨時措施，對匯控柜的正常使用和美觀性造成了不利影響，如圖1所示。

2 330kV變電站匯控柜防塵防沙關(guān)鍵技術(shù)研究

為徹底解決330kV變電站匯控柜進(jìn)沙進(jìn)塵問題，從匯控柜的源頭設(shè)計角度出發(fā)，研究匯控柜防塵防沙關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 全封閉柜體和內(nèi)外循環(huán)完全隔離的溫濕度控制系統(tǒng)

現(xiàn)有匯控柜常見溫濕度控制方案為：呼吸器+溫濕度控制器+加熱器。其缺點(diǎn)為：①匯控柜為非密封結(jié)構(gòu)，細(xì)小沙塵會通過呼吸器進(jìn)入柜內(nèi)；②呼吸器采用過濾棉，容易被沙塵堵塞，影響空氣對流，進(jìn)而影響溫濕度控制效果。常用的呼吸器見圖2、圖3。

為改進(jìn)現(xiàn)有溫濕度控制柜系統(tǒng)自身的防塵防沙效果，提出了采用電氣機(jī)柜專用空調(diào)器的溫濕度控制系統(tǒng)方案。其優(yōu)點(diǎn)為：①采用空調(diào)器后匯控柜可設(shè)計為全封閉結(jié)構(gòu)，匯控柜內(nèi)外空氣循環(huán)完全隔離，避免沙塵通過溫濕度控制系統(tǒng)進(jìn)入柜內(nèi)；②空調(diào)器具有制冷、加熱、除濕功能，可取消匯控柜內(nèi)加熱器。新型溫濕度控制系統(tǒng)原理見圖4。

2.2 易清掃、全密封內(nèi)門技術(shù)

現(xiàn)有匯控柜內(nèi)門結(jié)構(gòu)如圖5所示，其缺點(diǎn)為：①內(nèi)門為非密封結(jié)構(gòu)，內(nèi)門上下左右均存在較大縫隙，縫隙尺寸為幾厘米至十幾厘米，當(dāng)打開匯控柜外門對內(nèi)門上元器件進(jìn)行操作時，沙塵易通過內(nèi)門縫隙進(jìn)入柜內(nèi)；②內(nèi)門與外門之間為下凹結(jié)構(gòu)，積累沙塵后不易清掃。

改進(jìn)后的匯控柜內(nèi)門結(jié)構(gòu)如圖6所示，其優(yōu)點(diǎn)為：①內(nèi)門為全封閉結(jié)構(gòu)，即內(nèi)門上下左右均不存在貫通性縫隙，防止沙塵通過內(nèi)門縫隙進(jìn)入柜內(nèi)；②內(nèi)門下部與柜體之間設(shè)計有“積塵平臺”，方便清掃積累的沙塵。

2.3 采用圓角矩形外翻邊結(jié)構(gòu)的柜門密封結(jié)構(gòu)

為提高外門密封性能，匯控柜已經(jīng)開始采用“外翻邊框架+Ω型密封條”的設(shè)計方案。該方案理論上具有優(yōu)良的防塵防水性能，但目前匯控柜柜門密封條拐角處為直角結(jié)構(gòu)，密封條安裝后容易產(chǎn)生褶皺，影響柜門密封效果，如圖7所示。為解決現(xiàn)有匯控柜外門密封設(shè)計缺陷，對外翻邊框架進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)及制造工藝改進(jìn)，轉(zhuǎn)角處采用大圓角結(jié)構(gòu)，使密封條圓滑過渡，不易產(chǎn)生褶皺，從而提高匯控柜外門的密封效果，如圖8所示。

2.4 電纜進(jìn)線孔模塊化密封技術(shù)

現(xiàn)有匯控柜電纜進(jìn)線孔采用單一矩形開孔，開孔面積大，防火泥缺少有效支撐，容易產(chǎn)生塌陷和裂縫，影響匯控柜密封效果，沙塵可能從匯控柜底部進(jìn)入柜內(nèi)，如圖9所示。

本項(xiàng)目匯控柜電纜進(jìn)線孔采用分塊密封技術(shù)，可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際電纜數(shù)量和走線位置，靈活控制電纜孔大小，便于后期防火泥施工，提升電纜孔密封效果，如圖10所示[2]。

2.5 外門多點(diǎn)固定技術(shù)

現(xiàn)有匯控柜門軸一般采用兩點(diǎn)固定方式，門鎖采用單點(diǎn)、兩點(diǎn)、三點(diǎn)固定方式，柜門可能因受力不均而產(chǎn)生變形，影響柜門密封效果，如圖11所示。改進(jìn)后的匯控柜門軸和門鎖均采用四點(diǎn)固定方式，柜門受力均勻，不易變形，提高了柜門密封效果。

3 新型330kV匯控柜樣機(jī)試制及試驗(yàn)驗(yàn)證

基于匯控柜防塵防沙關(guān)鍵技術(shù)研究成果，完成了新型330kV匯控柜樣機(jī)試制，樣機(jī)外形尺寸為寬1 600mm，深900mm，高2 000mm。為實(shí)際驗(yàn)證新型330kV匯控柜樣機(jī)的防塵防沙性能，委托西安高壓電器研究院進(jìn)行了防塵試驗(yàn)。試驗(yàn)按照GB 4208—2008規(guī)定的最高防塵等級IP6X進(jìn)行[3]，試驗(yàn)順利通過，見圖12。考慮到匯控柜需應(yīng)用于戶外，一并進(jìn)行了IPX5防水試驗(yàn)，試驗(yàn)順利通過，如圖13。防塵防水試驗(yàn)順利通過，證明新型330kV匯控柜樣機(jī)具備了最高的防塵性能且能應(yīng)用于戶外雨水環(huán)境中。

4 結(jié)論

通過對中國西北地區(qū)330kV變電站的實(shí)地調(diào)查，找出匯控柜進(jìn)塵進(jìn)沙的原因，提出匯控柜防塵防沙關(guān)鍵技術(shù)，研制出新型330kV匯控柜樣機(jī)，對匯控柜樣機(jī)進(jìn)行了防塵防水試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：通過改進(jìn)匯控柜設(shè)計方法及制造工藝，可有效提升匯控柜的防塵防沙性能，研制的新型330kV匯控柜可以滿足西北大風(fēng)沙地區(qū)的使用需求。以330kV變電站匯控柜為例進(jìn)行研究，其成果可向其他電壓等級和密封裝置推廣應(yīng)用，對提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性具有現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]國家電網(wǎng)公司，智能變電站智能控制柜技術(shù)規(guī)范：Q/GDW 1430—2015[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

[2]The National Electrical Manufacturers Association.IEC 60529—2004，Degrees of protection provided by enclosure （IP code）[S].2001.

[3]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，外殼防護(hù)等級（IP代碼）：GB 4208—2008[S].2008.