一種變電站一次設備發(fā)熱應急處理散熱裝置

江潤洲，蔡素雄，胡文豪，陳曉軍

（廣東電網(wǎng)有限責任公司惠州供電局，廣東 惠州 516000）

1.引言

眾所周知，電力系統(tǒng)的內部構成較復雜，電力系統(tǒng)工程要想做到維持正常的穩(wěn)定運行，就需要保證正常的運轉，在實際運行期間會導致變電站出現(xiàn)異常的重要影響原因是電氣一次設備過熱問題，如果沒有及時發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化整改熱源，會由機身傳遞到內部影響到正常的運轉，使得內置的設施出現(xiàn)過熱嚴重時，導致燒線問題的出現(xiàn)；如果燒斷了主線路會影響到整個發(fā)電機，進而停止運行。因而不難看出，在實際開展變電站日常維護工作期間，一定要積極重視過熱問題并降低發(fā)生率。

2.設備散熱處理常用方法

目前，主要利用以下三種傳熱原理應對設備散熱處理：自然散熱（不受任何外部輔助能量的影響，溫度由局部散熱裝置向周圍環(huán)境傳熱的方式控制，加裝散熱片）；強制散熱（通過風扇等裝置加速設備周圍的空氣流動并除去熱量的方法，實踐中，增強這種對流傳熱能力的主要方法是適當增加散熱總面積，在散熱表面上產(chǎn)生相對大的對流傳熱系數(shù)）；接觸式散熱（間接液體冷卻是將液體冷卻劑應用于與電氣設備直接接觸，通過中間介質系統(tǒng)，使熱元件通過它。直接液體冷卻稱為浸入式冷卻方法，即將液體與相關設備直接接觸，通過冷卻劑吸收熱量并帶走熱量）。考慮到一次電氣設備的外形結構、占地空間、經(jīng)濟成本等因素，變電站內的一次電氣設備都具備較好的散熱功能。

3.技術問題

目前，設備廠商在設計、生產(chǎn)中考慮變電站一次電氣設備加裝散熱功能的主要為利用電磁感應原理工作的電氣設備上；例如“主變壓器、電壓互感器、電流互感器的油浸接觸式散熱，主變壓器的油浸外加油循環(huán)模塊疊加散熱片模塊配合風扇的接觸式散熱+強制散熱”。而非電磁感應原理的一般傳輸電能的電氣設備的散熱，在正常運行環(huán)境下保證熱穩(wěn)定性能即可，不考慮外置散熱裝置，一般采取自然散熱方式，例如“隔離開關、母線、導線等”。“10kV 大電流開關柜柜體外置裝風扇進行的強制散熱”是根據(jù)運行要求后期改造的結果。當不具備外部裝置提供額外散熱能力的一次設備出現(xiàn)異常發(fā)熱時，這類設備在自然空氣對流的形式下散熱，散熱能力無法滿足異常發(fā)熱情況下設備產(chǎn)生的熱量，若發(fā)熱持續(xù)發(fā)展，設備導體間的接觸面將生成氧化層薄膜，增加導體之間的接觸電阻，設備溫度繼續(xù)升高。而且導體表面氧化的速度與接觸面溫度成正相關，一旦超過臨界溫度值，這個過程將彼此促進，加速進行，并引起惡性循環(huán)。另外，當導體發(fā)熱溫度超過一定值時，彈簧接觸部分的彈性元件將會退火，使接觸壓力降低，也會增加接觸電阻，惡性循環(huán)加劇，最終導致一次電氣設備的連接狀態(tài)遭到破壞，嚴重時將發(fā)生燃弧、短路，進一步損壞主設備。綜上所述，面對此類設備（隔離開關、導線）的異常發(fā)熱風險，且在客戶對用電的要求普遍提高的市場條件下，非計劃性停電措施一般難以申請。為了保障設備安全，抑制設備發(fā)熱位置溫度的升高，我們當前將大功率工業(yè)落地風扇作為應急手段，通過對一次設備的導體連接發(fā)熱位置推射大量氣流，達到強制對流散熱效果。但工業(yè)落地風扇，除了風量大、易于攜帶以外，作為一種抑制一次電氣設備發(fā)熱的應急手段還存在以下不足：產(chǎn)生氣流散射面大，不集中，無法精準作用于設備發(fā)熱位置，降溫幅度不夠迅速；產(chǎn)生的最大風速有限，導致實際氣流作用距離有限，影響強制對流熱交換的散熱效果；進一步使得落地工業(yè)風扇作為應急裝置的使用場景大大縮小；氣流方向調整慢，無法快速將風扇氣流對準發(fā)熱點，操作耗時長，效率低；受制于場地平整度等因素，落地風扇工作姿態(tài)不夠平穩(wěn)，風扇有傾倒風險；無法完全保證風扇不將場地周圍的細碎物屑卷入高電壓電氣設備周圍，引起放電、短路現(xiàn)象，影響設備正常運行，需要有人現(xiàn)場看守，有一定安全隱患。

4.變電站一次設備發(fā)熱應急處理散熱裝置方案

一種針對不具備外部散熱能力的變電站一次電氣設備發(fā)熱應急處理散熱裝置，本裝置主要通過氣源產(chǎn)生裝置（螺桿式空氣壓縮機原理）來提供穩(wěn)定持續(xù)的高壓氣源，通過高氣壓導管將高壓氣源充入高速氣流噴射裝置腔體，再經(jīng)高速氣流噴射裝置的小孔徑管狀風嘴，便能穩(wěn)定持續(xù)地對外噴射散射面積小、初始風速高、作用距離遠的、高速氣流。利用調向功能固定裝置將高速氣流噴射裝置固定在不同電壓等級設備裝置的底座橫擔處，既保證符合電力安全要求的合適距離（220 kV 大于3 m、110 kV 大于1.5 m、10 kV 大于0.7 m），又提供穩(wěn)定的作業(yè)平面。當不具備外部散熱能力或只具備自然散熱能力的高壓電氣設備出現(xiàn)異常發(fā)熱時，通過將持續(xù)的高速氣流聚焦于發(fā)熱點周圍，強制設備和空氣間進行熱傳遞，產(chǎn)生高效的強制對流散熱效果，實現(xiàn)設備發(fā)熱處溫度的快速下降，抑制高壓電氣設備的導體發(fā)熱溫度不超過臨界值，進一步達到降低設備因發(fā)熱溫度持續(xù)升高得不到有效控制而產(chǎn)生不良后果的隱患率，保證設備安全與客戶生產(chǎn)、生活用電可靠性。

本裝置（如圖1）由主要包括氣源產(chǎn)生裝置（1）、裝置移動平臺（2）、高速氣流噴射裝置（3）、高氣壓導管（4）、調向功能固定裝置（5）組成。氣源產(chǎn)生裝置（1）采用能提供持續(xù)高壓氣源、工作穩(wěn)定、維護成本低的螺桿式空氣壓縮機（內含儲氣罐（10）、配電箱、電機、空氣濾芯、風扇、壓力表、油濾芯）。氣源產(chǎn)生裝置（1）產(chǎn)生的高壓氣源，將從出氣閥（24）與高氣壓導管（4）的氣管連接閥（25）構成的氣源通道，再經(jīng)高速氣流噴射裝置（3）的氣流進氣閥（26）進入高速氣流噴射裝置（3）腔體；高速氣流噴射裝置（3）通過裝置下端設置的開關限位卡扣（17）控制氣源噴射裝置的關閉與持續(xù)開啟。當開關限位卡扣（17）處于開啟狀態(tài)時，高壓氣源經(jīng)過高速氣流噴射裝置（3）腔體從管狀小孔徑的風嘴（18）向外噴射，從而產(chǎn)生散射面積小、初始風速高、作用距離遠的、穩(wěn)定持續(xù)的高速氣流。調向功能固定裝置（5）中間位置的調向卡扣（20）可以調整卡鉗的松緊來固定高速氣流噴射裝置（3），調向卡扣（20）通過旋轉扣身來調節(jié)風嘴（18）的噴射角度，結合槍體激光瞄具（19）可快速將高壓噴射氣流對準設備發(fā)熱點；調向功能固定裝置（5）兩側為可調節(jié)長度的固定伸縮桿（21）及伸縮桿墊片（23），固定伸縮桿（21）可以通過緊固旋帽（22）調節(jié)至合適長度并作用于設備底座橫擔的垂直平面讓調向功能固定裝置（5）形成支撐力，為高速氣流噴射裝置（3）提供穩(wěn)定的作業(yè)平面。變電站運維人員在發(fā)現(xiàn)設備發(fā)熱有異常跡象后，可以通過裝置移動平臺（2）將裝置轉移至對應發(fā)熱設備位置，裝置移動平臺（2）底部設置制動功能車輪（8），一側設置手推扶手架（6），手推扶手架（6）中間設置配件儲物筐（7）。裝置移動平臺（2）上設置與平臺面積等大小的10mm 厚的緩震膠墊（9），緩震膠墊（9）上固定放置高氣壓發(fā)生裝置（1）。

使用調向功能固定裝置（5）將高速氣流噴射裝置（3）固定于與設備發(fā)熱位置保持安全距離的設備底座橫擔處，氣源發(fā)生裝置（1）提供的持續(xù)穩(wěn)定高壓氣源經(jīng)過高氣壓導管（4）輸送至高速氣流噴射裝置（3）經(jīng)風嘴（18）對外噴射散射面小、初始速度高、作用距離遠的高速氣流，利用高速氣流使設備發(fā)熱點與周圍空氣進行強制熱交換對流散熱，讓不具備外部散熱能力的變電站一次電氣設備從外部獲得穩(wěn)定、高效、持續(xù)的散熱能力，將設備發(fā)熱點溫度抑制在臨界值范圍內，從而通過快速抑制設備發(fā)熱溫度的變化來控制導體間表面的氧化程度，阻斷導體接觸電阻升高的趨勢，降低電力設備異常發(fā)熱產(chǎn)生不良后果的機率。

圖1 裝置圖

5.成效

變電站一次設備發(fā)熱應急處理散熱裝置能夠產(chǎn)生初始速度高、散射面小、作用距離遠、持續(xù)穩(wěn)定的高壓噴射氣流，保證空氣與設備間進行強制對流散熱的條件更有效；噴射氣流采用壓縮空氣原理供氣，管狀小孔徑風嘴噴出，氣壓大，有效作用距離涵蓋220 kV、110 kV 電壓等級的一次電氣設備，擴大了裝置的使用的范圍；裝置的作業(yè)面不再受地面環(huán)境影響，調向功能固定裝置可以固定在距離高壓電氣作業(yè)對象符合電氣安全距離要求的底座位置，為高壓噴射氣流提供穩(wěn)定的作業(yè)平面；調向功能固定裝置可以調整噴射氣流的角度、方向，結合噴射氣流裝置的激光瞄準，噴射氣流能精確指向高壓電氣設備的發(fā)熱點，提高了氣流作用的精準度；操作簡單、布置快速、維護方便；氣源產(chǎn)生裝置具備空氣過濾功能，聚集氣源時隔絕裝置內卷入空氣碎屑使得噴射氣流含雜質，避免在電氣設備間產(chǎn)生短路、放電現(xiàn)象。

6.結語

綜合上述所言，本文中筆者針對一種變電站一次設備發(fā)熱應急處理散熱裝置展開分析和論述，正文首先解析技術方面的問題，之后以此為基礎論述了變電站一次設備發(fā)熱應急處理散熱裝置的具體設計方案，并解析了此種方案的最終成效，以期可為相關領域從業(yè)人員提供一些理論指導和參考。