箱式變電站運行存在的問題及維護措施研究

杜沛生

（廣東粵電石碑山風能開發有限公司，廣東汕頭 515833）

0 引言

配電網中各項系統和設備的運行情況直接關系供電系統整體運行效率，對變電站運行效率也產生一定的影響?，F階段，大多數配電網采取的是箱式變電站供電方式，在調節電路系統方面具有顯著的應用優勢。但箱式變電站在運行期間，容易受到多種因素的干擾，影響箱式變電站運行有效性，容易引發諸多的故障。查明箱式變電站運行問題，并制定具體的運維措施，可保證箱式變電站運行效果，因此，深入該課題研究顯得尤為重要。

1 箱式變電站的組成體系

箱式變電站屬于組合式的電氣裝置，根據箱式變電站的結構特點，整個系統體系主要包含兩個裝置：高壓開關設備和高低壓配電裝置，這兩個裝置均是箱式變電站的關鍵組成設備。為保證箱式變電站取得理想的運行效果，在具體運行過程中，需要優化配置相關的線路、配件和組件，操作人員需要科學規劃，優化設計，檢查裝置連接情況，保證各線路有效連接。箱式變電站整個箱體使用的材料類型主要是鋼材料。近年來，水泥澆筑材料比鋼質材料的應用頻率更高，具體的應用效果更好，保證了箱體整體制作品質，提升了箱式變電站箱體的絕緣性，起到顯著的隔熱作用，即便是在高溫條件下，也不會損傷箱式變電站電路，有效防范了溫度的對箱式變電站箱體產生的負面影響，保障箱式變電站的安全、可靠、高效運行。箱式變電站最大的特點是利用標準化產品的組合，充分滿足用戶的個性化需求。箱式變電站應用效率高，其內部變壓器的性能優勢明顯，具有顯著的應用優越性[1]。同時，箱式變電站移動邊界占用的空間也小，在實際應用中展現了其高效優勢，支持在多領域和多場景環境中應用。

2 箱式變電站的故障表現

2.1 部件老化

箱式變電站在運行過程中，容易出現各種類型的故障，嚴重影響箱式變電站整體運行情況，無法保證供電質量。箱式變電站長時間運行會磨損或損壞配件、組件，降低了箱式變電站架構體系的使用性能，縮短了箱式變電站的使用壽命，因此，零件出現老化現象，部分零件磨損嚴重，無法保證應用效果，若不及時采取措施進行干預，會加劇故障程度，引發安全事故，甚至造成箱式變電站爆炸，對配電網絡系統產生巨大的影響。箱式變電站內部任何一個部件均可能會發生磨損或老化現象，甚至同時出現磨損和老化，對箱式變電站整體運作產生了干擾，將引發一系列事故[2]。箱式變電站內部設備設施老化情況嚴重，增加了故障發生率，尤其在潮濕天氣影響下，增加了高壓電纜老化風險，材料絕緣性能也隨之下降，增加了電氣火災風險隱患，加大后期安全管理難度。箱式變流過故障電流的T型電纜頭故障發生率也較高，亟須采取科學管理辦法解決此類問題。附件損壞故障情況如圖1所示。

圖1 附件損壞故障情況

2.2 外因干擾

箱式變電站容易受到外部環境因素的影響，在變電站運行期間，會受到溫度、濕度及氣壓等外因的影響，進而影響箱式變電站的運行情況，以下就具體的外因因素進行分析。

2.2.1 溫度干擾

箱式變電站在實際應用過程中，會長時間暴露在室外環境中，受自然溫度和變壓器自身問題影響，箱式變電站容易出現升溫問題，嚴重影響箱式變電站的使用壽命，制約了箱式變電站有效運行。箱式變電站變壓器在運行過程中會產生大量熱量使箱體內部溫度升高，部分熱量會散發到空氣中，但余下部分熱量對變壓器的絕緣材料產生了一定的影響，變壓器若長期處于高溫環境下，將造成絕緣介質老化，逐步削弱變壓器的耐電性能。

2.2.2 濕度腐蝕

受外因影響，箱式變電站不可避免地發生濕度腐蝕問題，由于柜體與箱體之間未設置密封隔斷，因此，電纜溝潮氣會進入箱式變電站內部，柜內發生凝露現象，隨著凝結的水珠增加，會流到設備帶電部位，與開關設備及開關設備分合閘進行短接，最終引發設備跳閘等故障，減少設備的使用壽命，增加了后期運維難度，經濟成本也隨之上升。

2.3 設備短路

箱式變電站密閉性不強造成的設備短路問題會經常發生，當箱式變電站出現密封不足時，會有動物從孔洞進入箱體內，如老鼠等動物進入箱體后，會觸碰到相關的帶電部件，加劇了設備短路風險，甚至損壞配件，亟須加大運維力度。

3 箱式變電站的養護策略

3.1 部件更新

為解決箱式變電站運行過程中出現的問題，降低箱式變電站運行風險，必須加強箱式變電站運維管理，制訂周期性的檢修計劃，做好全面的檢查記錄，及時更換老化、陳舊、磨損嚴重的部件，保證箱式變電站的運行效果。因此，在箱式變電站維護管理期間，要定期更換箱變高壓T型頭、肘型頭及其附件，做好后期維護管理工作。箱式變電站長時間運行，會導致肘型頭的導電性能、絕緣性能下降，同時，現場電纜的長度不能滿足使用需求，因此，必須結合實際情況設計電纜長度，做好電纜頭的熔接工作。制訂T型電纜頭等高壓電氣附件的更換計劃，解決電纜頭、肘型頭及其附件絕緣性下降等問題，減少因擊穿短路燒熔起火的隱患。更換操作如圖2所示。

圖2 更換操作

3.2 外因防控

3.2.1 避雷裝置

小變電站可采取獨立避雷針，大變電所可在變電架構上使用避雷針/避雷線，將入侵箱式變電站的雷電波降低到絕緣強度允許范圍內，也可使用金屬氧化鋅避雷器，保證箱式變電站的避雷效果。

3.2.2 濕度腐蝕防護處理

為保證箱式變電站可靠運行，需要解決溫度腐蝕問題，必須保證箱式變電站柜體及相關電氣設備在適宜的濕度環境中運行，進而保證箱式變電站長期穩定運行。因此，當雨季來臨時，箱式變電站運維人員需要及時對電纜溝、開關柜空洞進行防水、防潮處理，制定有針對性的解決措施，科學封堵孔洞，保證箱式變電站高壓室電纜溝內外均是絕緣的狀態，避免將電纜溝潮氣引入柜體內。封堵孔洞時，可使用防潮封堵劑或防水性能較好的材料封堵孔洞，從而高效解決箱式變電站濕度腐蝕問題[3]。具體的防護處理措施如下。

（1）使用聚酰亞胺防護用料。為提升箱式變電站防水效果，從提高防水材料性能視角出發，將變壓器原有材料更換為具有防水性能的絕緣材料，使用NOMEX絕緣紙、聚酰亞胺等材料滿足防水需求，這些材料不但具有防潮性能，而且具有水分高滲透、耐高溫等優點。聚酰亞胺材料在相對濕度為95%的環境中仍可保證干燥時90%的介電強度。因此，將聚酰亞胺材料用作變壓器材料切實可行，可提升變壓器導線防潮性能，保證供電效果。

（2）卷鐵芯結構設計方法。為提升箱式變電站供電可靠性，加強防水層面的頂層設計，對箱變變壓器結構進行優化，設計了立體卷鐵芯結構設計方法，鐵芯主要由硅鋼帶連續卷繞而成，無縫隙，通過固化工藝，提高了鐵芯的絕緣性能，切實增強了變壓器防潮能力。

（3）餅式線圈結構。餅式線圈結構中的線圈使用的是“紙絕緣-空氣-紙絕緣”的混合式絕緣結構模式，實現創新設計，大大降低了線圈內部電場強度，將空氣引入混合式絕緣結構中，有效避免了變壓器運行溫度、濕度環境對箱式變電站運行效果的干擾，減少了對箱式變電站的傷害，確保在潮濕環境下仍可保證絕緣能力。

（4）真空浸漆。真空浸漆工藝效果好，可以實現對高低壓線圈和立體鐵芯絕緣漆的保護。應用濕度腐蝕措施可以提升箱式變電站變壓器的防水性能，即便將其浸泡在水中，水分也無法進入鐵芯和線圈中，保證了箱變變壓器絕緣電阻值，加強了對箱式變電站運行保護，滿足高質量供電需要。實驗證明，優化設計后的變壓器防水性能得到顯著的提升，經過48 h浸泡試驗，發現變壓器性能較好，證實了箱式變電站防水型變壓器的防水性能。經由簡單的處理，變壓器可在短時間內恢復供電功能，滿足防水性能應用需要，保證了箱式變電站供電安全性和可靠性。

3.2.3 散熱設計

（1）箱式變電站內部變壓器各個部位的溫度存在一定的差異，因此，當變壓器在額定的條件下運行時，應當保證變壓器各部位溫度小于絕緣材料的額定溫度值。箱式變電站的變壓器在運行時，主要是靠熱傳導、熱輻射及對流等形式產生熱量，因此，為避免箱式變電站變壓器溫度上升，必須保證箱式變電站變壓器運行環境溫度在標準范圍內。實際應用中，干式變壓器繞組溫度升限值在100 K，最熱點溫度與平均溫度差較小，可利用風機營造良好的通風條件，將變壓器熱量散發出去。通常情況下，應當將箱式變電站變壓器溫度控制在20℃內，因此，為保證變壓器溫度升限值，可改造為雙層通道式結構，外部主要使用自然對流雙層隔熱風道結構，并在變壓器超負荷運行時，增設溫控強排風裝置，進而解決箱式變電站溫度上升問題，保證箱式變電站變壓器安全運行[4]。

（2）箱式變電站散熱與通風、防塵之間的有相關性，三者之間相互影響，相互制約。為有效解決箱式變電站散熱問題，可在箱式變電站外殼上增加排風扇，并在箱式變電箱內部溫度發生變化時啟用排風扇，當箱變溫度下降到一定值時，排風扇會自動停止運行，避免電力浪費。

（3）可在箱式變電站外殼表面噴涂反光材料，主要用于抵御太陽輻射引發的溫度上升問題。噴涂放光材料的效果顯著，能夠將箱式變電站內部溫度控制在合理范圍內。此外，可在外殼設計上進行優化，預留外殼與內部設備之間的空間距離，進而保證設備散熱效果，防范因高溫造成設備癱瘓，最大限度避免發生絕緣材料老化現象，保證材料絕緣性，降低箱式變電站的運行風險。

3.2.4 引入智能科技，防控短路問題

基于箱式變電站運維智能化、信息化、數字化發展水平不斷提升，逐步引入箱式變電站環境智能監控系統，實時動態化地監控箱變的運行環境，及時進行故障預警，防范短路事件的發生，切實提高運維工作效率，實現箱式變電站一體化智能調度目標。

4 結語

綜上所述，箱式變電站成套性強、體積小、結構緊湊、維護便利、經濟成本低、送電周期短，在城鄉電網等配電工程中的應用十分廣泛。為提升箱式變電站運行水平，必須及時解決運行故障問題，做好溫度、濕度防護措施，優化箱體散熱設計，并充分利用智能科技手段，為箱變創造環境智能監控環境，保證箱變安全運行。