某220 kV電流互感器接線板發(fā)熱缺陷處理與改進方案

王飛龍

(內(nèi)蒙古電力(集團)有限責任公司包頭供電局，內(nèi)蒙古 包頭 014030)

0 引 言

對電力設備開展巡視檢測，有效發(fā)現(xiàn)并及時消除設備缺陷是確保電力設備安全穩(wěn)定運行的必要手段[1-7]。電流互感器是電力系統(tǒng)中常見的電力設備之一，目前在內(nèi)蒙古西部電網(wǎng)中，220 kV及以上電壓等級的電流互感器有5 000余臺，根據(jù)絕緣形式分為油浸式、干式、SF6氣體絕緣式[8]。

根據(jù)運維經(jīng)驗可知，220 kV及以上電壓等級電流互感器常見的缺陷類型有滲漏油、絕緣油不合格、電容量初值差超標、介損超標、SF6氣體泄漏、接線板發(fā)熱等，其中接線板發(fā)熱缺陷占比最大[9-10]。根據(jù)內(nèi)蒙古西部電網(wǎng)設備缺陷統(tǒng)計可知，2018年度220 kV及以上電壓等級電流互感器共發(fā)生各類缺陷142起，其中接線板發(fā)熱缺陷68起，占比47.89%。可見，做好電流互感器接線板發(fā)熱類缺陷的預防與消除工作對電流互感器的安全穩(wěn)定運行意義重大。

針對內(nèi)蒙古西部電網(wǎng)近期發(fā)生的220 kV電流互感器接線板發(fā)熱缺陷，從缺陷情況、缺陷原因分析、缺陷處理等方面對缺陷情況進行了分析，明確了導致發(fā)熱缺陷的根本原因，提出了科學的改進方案，為處理類似的發(fā)熱缺陷提供了一定的參考思路，為徹底解決類似問題提供了根本保證。

1 缺陷情況

2019年5月17日20時44分，在對某220 kV變電站設備巡視測溫時發(fā)現(xiàn)站內(nèi)某220 kV進線251電流互感器、220 kV母聯(lián)212電流互感器斷路器側(cè)接線板有不同程度的發(fā)熱現(xiàn)象。具體情況為251電流互感器A相發(fā)熱94 ℃，B相發(fā)熱73 ℃，C相發(fā)熱88 ℃；212電流互感器A相發(fā)熱72 ℃，B相發(fā)熱85 ℃，C相發(fā)熱104 ℃；測溫時流過251電流互感器的電流為367 A，流過212電流互感器的電流為206 A，環(huán)境溫度為19 ℃。由于設備現(xiàn)場照明條件和技術條件有限，測溫人員無法進一步了解發(fā)熱缺陷的細節(jié)。

該變電站共有220 kV、110 kV、10 kV三個電壓等級，有220 kV出線2回，有220 kV主變2臺，主變?nèi)萘繛?80 MVA，220 kV、110 kV系統(tǒng)接線方式為雙母線，10 kV系統(tǒng)接線方式為單母線分段。正常運行時220 kV、110 kV系統(tǒng)并列運行，10 kV系統(tǒng)分列運行。變電站220 kV系統(tǒng)主接線圖如圖1所示。

圖1 變電站220 kV系統(tǒng)主接線圖

缺陷發(fā)生時，站內(nèi)運行方式為252間隔設備停電(配合線路檢修)，251間隔單線路帶全站負荷，220 kV、110 kV系統(tǒng)并列運行，10 kV系統(tǒng)分列運行，1號主變帶負荷約61 MVA，2號主變帶負荷約80 MVA。

缺陷設備的型號為LVQB-220W2，生產(chǎn)廠家為江蘇精科互感器有限公司，生產(chǎn)日期為2004年7月，投運日期為2005年12月，該設備絕緣介質(zhì)為SF6氣體，外絕緣類型為瓷絕緣，結(jié)構(gòu)型式為倒立式，密封型式為全密封型式，變比為2×750/5，該設備投運以來未發(fā)生類似缺陷。

2 缺陷分析

該變電站全站設備最近一次停電預試檢修時間為2014年6月，截至2019年5月17日已經(jīng)連續(xù)運行近5年，根據(jù)當時站內(nèi)設備運行方式，初步推斷導致發(fā)熱缺陷的原因是單線路帶全站負荷時流過251電流互感器、212電流互感器的電流偏大，而設備多年未檢修，接線板壓接處氧化導致接觸電阻超標，從而導致發(fā)熱缺陷。

252出線檢修工作尚未結(jié)束，無法送電減緩壓力，調(diào)度員立即調(diào)整運行方式，將110 kV部分負荷倒出。2019年5月17日21時23分，251電流互感器A相發(fā)熱52 ℃，B相發(fā)熱44 ℃，C相發(fā)熱46 ℃；212電流互感器A相發(fā)熱56 ℃，B相發(fā)熱76 ℃，C相發(fā)熱88 ℃；流過251電流互感器的電流為288 A，流過212電流互感器的電流為178 A，環(huán)境溫度為17 ℃。

倒出部分負荷在一定程度上降低了發(fā)熱點的溫度，但沒有徹底解決問題，運行人員繼續(xù)對接線板發(fā)熱缺陷進行持續(xù)跟蹤檢測。5月18日10時17分，測溫時發(fā)現(xiàn)電流基本沒有變化而熱點溫度隨著環(huán)境溫度的升高有所升高。檢修人員現(xiàn)場拍照發(fā)現(xiàn)發(fā)熱部位接線板和絕緣支板均有不同程度的變形，導致電流互感器接線板壓接部位接觸不良，從而導致過電流發(fā)熱缺陷。接線板和絕緣支板變形情況分別如圖2、圖3所示。

圖3 絕緣支板變形情況實物圖

圖2 接線板變形情況實物圖

為了確保該缺陷不會影響主設備安全運行，檢修人員制定了帶電緊固接線板連接螺栓的方案，現(xiàn)場處理后效果不佳，各熱點溫度沒有明顯降低，專業(yè)人員得出的結(jié)論是導致發(fā)熱的根本原因不是螺栓連接松動導致的接觸不良，而是接線板在電流互感器與斷路器之間的連接硬管母的重力下發(fā)生傾斜變形，導致接線板接觸面之間的縫隙變大，從而導致接觸不良，引起發(fā)熱。

為了進一步掌握各接觸面接觸電阻的情況，檢修人員對相關設備開展了停電測試，接觸電阻情況如表1所示。

表1 接觸電阻測試結(jié)果

現(xiàn)場電流互感器和斷路器之間通過硬管母連接，管母長度5.39 m，正常情況下電流互感器斷路器側(cè)接線板需承受硬管母的重力。硬管母的參數(shù)情況如表2所示。

表2 管母參數(shù)

LDRE-130/116型鎂鋁合金管型母線在25 ℃時允許載流量為2 976 A，滿足運行要求，相關接線板、軟銅帶以及連接螺栓等均為配套附件，可見設備載流量滿足要求[11]。

正常運行情況下管母自重產(chǎn)生的垂直彎矩Mcz、最大風速產(chǎn)生的水平彎矩Msf、正常狀態(tài)下管母承受的綜合最大彎矩Mmax、管母最大應力σmax計算式分別如式(1)、(2)、(3)、(4)所示。

Mcz=0.125×q1×l2×9.8

(1)

Msf=0.125×fv×l2×9.8

(2)

(3)

(4)

其中：l為管母長度；fv為風載荷，且fv=α×K×D×(vmax/4)2，依據(jù)設計資料，風載荷相關參數(shù)情況為α=1,K=1.2,vmax=30 m/s,D=0.13；W為導體截面系數(shù)。

根據(jù)上述計算式求得該變電站管母承受相關力矩情況如表3所示。

表3 管母承受相關力矩情況

根據(jù)設備資料可知，該型號電流互感器接線板和絕緣支板在25 ℃時最大設計應力均為3 400 N/cm2，小于管母最大應力，可見接線板和絕緣支板選型有誤是導致接線板發(fā)熱的根本原因。

從圖3可知，外側(cè)絕緣支板一半與接線板直接連接，另一半與接線板和變比板的壓接處連接，致使絕緣支板左右兩半部分受力不均，這是導致絕緣支板變形的另一個原因。

3 缺陷處理

根據(jù)上述分析可知，發(fā)熱產(chǎn)生的原因為設備本身存在缺陷，而且絕緣支板結(jié)構(gòu)不夠合理，要想從根本上解決問題，必須徹底更換缺陷設備。與設備廠家溝通得知因設計缺陷該型號的接線板和絕緣支板均已停產(chǎn)，已無法采購到合格的備件。

直徑為100 mm的管母鎂鋁合金管型母線在25 ℃時允許載流量為2 219 A，滿足現(xiàn)場使用要求，而同等長度的該管母最大應力為3 127.1 N/cm2，小于接線板和絕緣支板的最大設計應力。據(jù)此，檢修人員將原直徑為130 mm的管母更換為同種材料直徑為100 mm的管母，即可從根本上解決接線板和絕緣支板受力過大問題。

絕緣支板左右兩半部分本身受力不均的問題也必須得到有效解決，否則將無法保證設備穩(wěn)定運行。絕緣支板與接線板連接的部分存在中空間隔，而與接線板和變比板的壓接處為實連接，這樣的連接方式容易導致與接線板連接的絕緣支板部分向內(nèi)部變形。在絕緣支板與接線板連接部分的中空間隔增加絕緣墊塊，使絕緣支板在正常情況下兩半部分受力相等，這是解決絕緣支板左右兩半部分受力不均問題的有效辦法。

現(xiàn)場測量尺寸后定制了與原絕緣支板同材料的絕緣墊塊，將其安裝在絕緣支板與接線板連接處的中空間隔，徹底解決了問題。現(xiàn)場同時對相關連接部位的氧化層進行了打磨處理，缺陷消除后現(xiàn)場連接情況如圖4所示。

圖4 缺陷消除后設備連接情況圖

為了證實缺陷已徹底處理，保證送電后設備不會發(fā)熱，檢修人員對消缺后的接觸面進行了接觸電阻測試，測試結(jié)果如表4所示。

表4 消缺后各相接觸電阻測試結(jié)果

缺陷處理后，各接觸面的接觸電阻均大大降低，而且均在合格范圍之內(nèi)。

4 結(jié) 語

為處理一起220 kV電流互感器接線板發(fā)熱缺陷，對發(fā)熱部位的應力情況進行了分析，得出以下結(jié)論：

1)導致該電流互感器接線板發(fā)熱的根本原因是設計缺陷，針對此情況，通過更換管母、增加絕緣墊塊的方式解決了接線板和絕緣支板受力變形問題，為該站251、212間隔電流互感器安全穩(wěn)定運行提供了可靠保障。

2)針對該站251、212電流互感器接線板超應力運行的問題，建議設計時留足裕度，保證接線板不會彎曲變形；針對該站251、212電流互感器絕緣支板存在的受力不平衡缺陷，建議設計時根據(jù)接線板尺寸和變比板尺寸將其設計為兩側(cè)厚度不同且與接線板、變比板配套使用的絕緣支板，確保安裝簡單，受力平衡。

3)在今后的工作中，要從根本上徹底杜絕此類問題，必須加強設計把關，細化設計要求，規(guī)范設備驗收。