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摘 要：随着科技发展、人民生活水平提高，民众的用电需求日益增长。变电站作为电力传输配送的中枢环节，起着电网优良保质的重要作用。但是变电站设备的发热问题却严重影响着设备的正常运行状态和使用寿命，影响着我国电网的快速发展。以我国某地区变电站为例，总结变电站设备的发热现象，深入探讨设备发热的原因，并提出相应解決方法，为变电站运行维护提供一定的理论依据。
关键词：变电站；设备；发热；电网
0 绪论
变电站在电力系统中起着电能汇集和分配的作用，其能否安全可靠、经济运行决定着电力系统的运行状态[1]。国内外关于变电站设备发热问题的研究大多倾向于温度检测方法与检测技术方面的讨论[2-5]，而对于变电站设备发热原因及发热元件热力学方面的研究较少。因此，以我国某地区传统变电站设备运行发热问题为例，分析变电站设备发热原因，提出解决变电站设备发热现象的解决方法，对于变电站运行维护具有重要的指导意义。
通过总结我国某地区7个运维站的88座变电站（其中包括61座110kV变电站，26座220kV变电站和1座220kV开关站）设备出现的问题，发现设备发热问题是导致设备故障甚至生产事故的主要原因。发热设备中，刀闸问题较为严重，表现为刀闸闭合不到位、机构卡涩、老化现象普遍；电容器过热频发，其中电容器开关分闸线圈烧坏现象较为严重；设备接线连接处和控制柜温度过高也较为常见。
1电站设备发热问题
通过对我国某地区变电站设备发热现象进行统计分析，发现电站设备运行过程中受周围环境、接触性能、负荷大小、换热方式、老化程度等因素影响，分别对各种因素进行分析。
1.1 环境对设备发热的影响
变电站设备大多暴露于自然环境中，其工作状况受当地空气温度、湿度、清洁度影响。设备在运行过程中，设备表面与氧气、水等发生电化学反应，粉尘附着于设备表面，进而增加了设备表面的换热热阻和电流接触部件的电阻，阻碍了设备自然换热。例如，220kV斗梧Ⅰ线2151刀闸操作机构箱内辅助接点定位连接片锈蚀严重，合闸接触器锈蚀无法合闸操作。此外，变电处于自然环境中时，设备由热转凉，由热应力分布不均导致设备表面变形甚至裂纹，加重了设备表面的电化学腐蚀，从而降低了设备寿命，甚至引发运行事故造成严重损失。
1.2 接触性能对设备发热的影响
不同材质的金属性能影响着设备接触性。钢质螺栓与铝质母线连接时，由于钢的热膨胀性远小于铝的热膨胀性，当接头电流产生的热和自然热变化时引起螺栓与母线热形变量不同，进而引起金属应力变形造成金属蠕变，甚至引起连接件断裂和寿命损伤。如，某变电站#1主变110kV侧C相CT靠开关侧线夹处温度很高，发生变形。
紧固件预紧力不当造成部件接触面电阻增加。个别设备维护人员由于操作不当，安装紧固件时预紧力过小、机械振动导致紧固件接触面松动有间隙引起接触不良、电阻增加引起接触面发热变形，或者安装紧固件时预紧力过大导致紧固件塑性变形增大了接触面电阻。如某变电站110kVⅠ母至110kV母联1311刀闸的龙门架引下线从悬挂瓷瓶下部的金属环内穿过处连接没有固定，导线随风晃动时，导线和金属环体间有明显放电声。
接头安装不洁净造成接触点热阻增加。在安装设备时，没有对连接件进行清洁处理导致接触面灰尘较大，造成接触点热阻增加，在电流变化时，接头冷热交替，引起接触点热疲劳破坏。
设备安装不标准造成接触面电阻增加。在设备安装时，没有严格安装设备的安装标准安装，造成设备闭合不紧凑。刀闸触点闭合时处于相同的平面和轴线上，如果刀闸闭合时，触点接触不紧凑，引起电流流通面积减小，电阻增加，容易触点过热，发生机械损伤，刀闸断路。
1.3 负荷大小对设备发热问题的影响
随着用电需求增加和用电负荷不断变化，在超导变电站尚不成熟的情况下，大电流、耐高温影响着传统变电站设备的安全运行[6]。当电力负荷过大时，电力设备发热量增加，金属热膨胀变形大；当电力负荷较小时，电力设备发热量减小，金属热膨胀变形量小。进而负荷大小的变化引起设备金属周期性热疲劳损失，造成设备寿命和安全可靠性下降。
1.4 设备换热方式对设备发热的影响
变电站设备换热通常采用自然空气对流换热，该种换热方式受当地温度、气流速度、设备换热面积影响。变电站变压器整体采用肋片式，增加了对流换热面积，具有良好的换热能力，保证变压器肋片表面光洁、无锈蚀至关重要。但是，在变压器运行过程中势必产生涡流损耗现象，造成变压器节油箱螺栓连接部位发热现象，以及高压绕组侧用于固定单向电缆的金属环发热现象，进而影响着整个变压器设备的安全运行。
1.5 金属老化程度对设备发热的影响
设备在整个寿命周期中，设备关键部件老化程度逐渐加深，金属性能下降逐渐加剧，导致设备导电性能下降，电阻和热阻增加，发热增加而散热减弱，老化设备很容易引发生产安全事故。例如，某变电站由于刀闸机构老化，开关操作机构合闸不到位，经检修检查发现，开关存在合闸线圈始终通电，烧毁合闸线圈的故障隐患。
2 解决方法
通过分析引起电站设备发热问题的原因，提出以下解决方法。
2.1 严格操作规程
加强人才培养，强化管理，提高变电站运行维护水平。培养工作人员专业水平，变电站设备运行严格按照操作规程操作，对于设备原理、应用方法做到熟练掌握，对于应用中产生的问题做到及时总结、改正，提高设备运行寿命。培养团队协作能力，利用交叉检查、随机检查等方法，将设备问题降至最低。提高工作人员发现问题、解决问题、科技创新的能力，从根本上解决设备发热问题。
2.2 定期巡检
定期巡检变电站所有设备，根据不同设备性能、工作状态编制定期巡检计划，熟练掌握变电站设备使用寿命情况。针对关键接触点重点巡视，检查设备清洁情况、机械结构机械性能、紧固件连接情况，做到及时记录，及时反馈。对于容易出现问题的设备多次巡检，定期更换。
2.3 加强温度检测
利用红外线固体石蜡、红外检查仪、热电检测设备等方法检测设备发热部件。将石蜡附着于螺栓等坚固件处，通过定期巡检时观察石蜡融化情况来推测坚固件发热情况；使用红外检查仪直接测量设备温度情况，可分成一个点多段时间测量和多个点同时测量，分别绘制该设备温度随时间变化曲线和温度随设备部位变化曲线，寻找该设备温度变化规律和温度分布规律，根据设备金属性能判断设备运行情况；使用热电检测设备实时检测关键设备的温度变化规律，掌握设备的运行情况，避免关键设备破坏引发事故。
2.4 关键部件换热性能改善
个别零部件处于空气流通不畅、换热性能较差的环境中，可通过增加零部件的几何尺寸或增设肋板来增加换热表面积，甚至对于长期处于温度较高环境中的设备可以采用强制对流换热或热管换热来保证设备温度处于正常水平。对于关键二次设备，可以通过降低环境温度、增加对流强度、改善换热方式等方法保证其正常工作。
3 结论
变电站智能化程度越高，越需要提高变电站设备运行的可靠性。通过对传统220kV和110kV变电站设备发热问题产生的原因進行归类并分析其产生的原因，提出了变电站设备发热问题的解决方法，该方法具有较大的生产实践指导意义。
作者简介：
党翠（1987-），女，河南省开封人，助理工程师，硕士研究生，从事变电站运行维护工作。
吴建军（1979-），男，湖南省资兴人，助理工程师，本科，从事变电站运行维护工作。
关键词：变电站；设备；发热；电网
0 绪论
变电站在电力系统中起着电能汇集和分配的作用，其能否安全可靠、经济运行决定着电力系统的运行状态[1]。国内外关于变电站设备发热问题的研究大多倾向于温度检测方法与检测技术方面的讨论[2-5]，而对于变电站设备发热原因及发热元件热力学方面的研究较少。因此，以我国某地区传统变电站设备运行发热问题为例，分析变电站设备发热原因，提出解决变电站设备发热现象的解决方法，对于变电站运行维护具有重要的指导意义。
通过总结我国某地区7个运维站的88座变电站（其中包括61座110kV变电站，26座220kV变电站和1座220kV开关站）设备出现的问题，发现设备发热问题是导致设备故障甚至生产事故的主要原因。发热设备中，刀闸问题较为严重，表现为刀闸闭合不到位、机构卡涩、老化现象普遍；电容器过热频发，其中电容器开关分闸线圈烧坏现象较为严重；设备接线连接处和控制柜温度过高也较为常见。
1电站设备发热问题
通过对我国某地区变电站设备发热现象进行统计分析，发现电站设备运行过程中受周围环境、接触性能、负荷大小、换热方式、老化程度等因素影响，分别对各种因素进行分析。
1.1 环境对设备发热的影响
变电站设备大多暴露于自然环境中，其工作状况受当地空气温度、湿度、清洁度影响。设备在运行过程中，设备表面与氧气、水等发生电化学反应，粉尘附着于设备表面，进而增加了设备表面的换热热阻和电流接触部件的电阻，阻碍了设备自然换热。例如，220kV斗梧Ⅰ线2151刀闸操作机构箱内辅助接点定位连接片锈蚀严重，合闸接触器锈蚀无法合闸操作。此外，变电处于自然环境中时，设备由热转凉，由热应力分布不均导致设备表面变形甚至裂纹，加重了设备表面的电化学腐蚀，从而降低了设备寿命，甚至引发运行事故造成严重损失。
1.2 接触性能对设备发热的影响
不同材质的金属性能影响着设备接触性。钢质螺栓与铝质母线连接时，由于钢的热膨胀性远小于铝的热膨胀性，当接头电流产生的热和自然热变化时引起螺栓与母线热形变量不同，进而引起金属应力变形造成金属蠕变，甚至引起连接件断裂和寿命损伤。如，某变电站#1主变110kV侧C相CT靠开关侧线夹处温度很高，发生变形。
紧固件预紧力不当造成部件接触面电阻增加。个别设备维护人员由于操作不当，安装紧固件时预紧力过小、机械振动导致紧固件接触面松动有间隙引起接触不良、电阻增加引起接触面发热变形，或者安装紧固件时预紧力过大导致紧固件塑性变形增大了接触面电阻。如某变电站110kVⅠ母至110kV母联1311刀闸的龙门架引下线从悬挂瓷瓶下部的金属环内穿过处连接没有固定，导线随风晃动时，导线和金属环体间有明显放电声。
接头安装不洁净造成接触点热阻增加。在安装设备时，没有对连接件进行清洁处理导致接触面灰尘较大，造成接触点热阻增加，在电流变化时，接头冷热交替，引起接触点热疲劳破坏。
设备安装不标准造成接触面电阻增加。在设备安装时，没有严格安装设备的安装标准安装，造成设备闭合不紧凑。刀闸触点闭合时处于相同的平面和轴线上，如果刀闸闭合时，触点接触不紧凑，引起电流流通面积减小，电阻增加，容易触点过热，发生机械损伤，刀闸断路。
1.3 负荷大小对设备发热问题的影响
随着用电需求增加和用电负荷不断变化，在超导变电站尚不成熟的情况下，大电流、耐高温影响着传统变电站设备的安全运行[6]。当电力负荷过大时，电力设备发热量增加，金属热膨胀变形大；当电力负荷较小时，电力设备发热量减小，金属热膨胀变形量小。进而负荷大小的变化引起设备金属周期性热疲劳损失，造成设备寿命和安全可靠性下降。
1.4 设备换热方式对设备发热的影响
变电站设备换热通常采用自然空气对流换热，该种换热方式受当地温度、气流速度、设备换热面积影响。变电站变压器整体采用肋片式，增加了对流换热面积，具有良好的换热能力，保证变压器肋片表面光洁、无锈蚀至关重要。但是，在变压器运行过程中势必产生涡流损耗现象，造成变压器节油箱螺栓连接部位发热现象，以及高压绕组侧用于固定单向电缆的金属环发热现象，进而影响着整个变压器设备的安全运行。
1.5 金属老化程度对设备发热的影响
设备在整个寿命周期中，设备关键部件老化程度逐渐加深，金属性能下降逐渐加剧，导致设备导电性能下降，电阻和热阻增加，发热增加而散热减弱，老化设备很容易引发生产安全事故。例如，某变电站由于刀闸机构老化，开关操作机构合闸不到位，经检修检查发现，开关存在合闸线圈始终通电，烧毁合闸线圈的故障隐患。
2 解决方法
通过分析引起电站设备发热问题的原因，提出以下解决方法。
2.1 严格操作规程
加强人才培养，强化管理，提高变电站运行维护水平。培养工作人员专业水平，变电站设备运行严格按照操作规程操作，对于设备原理、应用方法做到熟练掌握，对于应用中产生的问题做到及时总结、改正，提高设备运行寿命。培养团队协作能力，利用交叉检查、随机检查等方法，将设备问题降至最低。提高工作人员发现问题、解决问题、科技创新的能力，从根本上解决设备发热问题。
2.2 定期巡检
定期巡检变电站所有设备，根据不同设备性能、工作状态编制定期巡检计划，熟练掌握变电站设备使用寿命情况。针对关键接触点重点巡视，检查设备清洁情况、机械结构机械性能、紧固件连接情况，做到及时记录，及时反馈。对于容易出现问题的设备多次巡检，定期更换。
2.3 加强温度检测
利用红外线固体石蜡、红外检查仪、热电检测设备等方法检测设备发热部件。将石蜡附着于螺栓等坚固件处，通过定期巡检时观察石蜡融化情况来推测坚固件发热情况；使用红外检查仪直接测量设备温度情况，可分成一个点多段时间测量和多个点同时测量，分别绘制该设备温度随时间变化曲线和温度随设备部位变化曲线，寻找该设备温度变化规律和温度分布规律，根据设备金属性能判断设备运行情况；使用热电检测设备实时检测关键设备的温度变化规律，掌握设备的运行情况，避免关键设备破坏引发事故。
2.4 关键部件换热性能改善
个别零部件处于空气流通不畅、换热性能较差的环境中，可通过增加零部件的几何尺寸或增设肋板来增加换热表面积，甚至对于长期处于温度较高环境中的设备可以采用强制对流换热或热管换热来保证设备温度处于正常水平。对于关键二次设备，可以通过降低环境温度、增加对流强度、改善换热方式等方法保证其正常工作。
3 结论
变电站智能化程度越高，越需要提高变电站设备运行的可靠性。通过对传统220kV和110kV变电站设备发热问题产生的原因進行归类并分析其产生的原因，提出了变电站设备发热问题的解决方法，该方法具有较大的生产实践指导意义。
作者简介：
党翠（1987-），女，河南省开封人，助理工程师，硕士研究生，从事变电站运行维护工作。
吴建军（1979-），男，湖南省资兴人，助理工程师，本科，从事变电站运行维护工作。