王飛龍

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

0 引 言

對(duì)電力設(shè)備開展巡視檢測(cè)，有效發(fā)現(xiàn)并及時(shí)消除設(shè)備缺陷是確保電力設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)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(shè)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(jí)的電流互感器有5 000余臺(tái)，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(yùn)維經(jīng)驗(yàn)可知，220 kV及以上電壓等級(jí)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(biāo)、介損超標(biāo)、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(shè)備缺陷統(tǒng)計(jì)可知，2018年度220 kV及以上電壓等級(jí)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(yù)防與消除工作對(duì)電流互感器的安全穩(wěn)定運(yùn)行意義重大。

針對(duì)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(duì)缺陷情況進(jìn)行了分析，明確了導(dǎo)致發(fā)熱缺陷的根本原因，提出了科學(xué)的改進(jìn)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(shí)44分，在對(duì)某220 kV變電站設(shè)備巡視測(cè)溫時(shí)發(fā)現(xiàn)站內(nèi)某220 kV進(jìn)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(cè)溫時(shí)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(shè)備現(xiàn)場(chǎng)照明條件和技術(shù)條件有限，測(cè)溫人員無(wú)法進(jìn)一步了解發(fā)熱缺陷的細(xì)節(jié)。

該變電站共有220 kV、110 kV、10 kV三個(gè)電壓等級(jí)，有220 kV出線2回，有220 kV主變2臺(tái)，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(yùn)行時(shí)220 kV、110 kV系統(tǒng)并列運(yùn)行，10 kV系統(tǒng)分列運(yùn)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(shí)，站內(nèi)運(yùn)行方式為252間隔設(shè)備停電(配合線路檢修)，251間隔單線路帶全站負(fù)荷，220 kV、110 kV系統(tǒng)并列運(yùn)行，10 kV系統(tǒng)分列運(yùn)行，1號(hào)主變帶負(fù)荷約61 MVA，2號(hào)主變帶負(fù)荷約80 MVA。

缺陷設(shè)備的型號(hào)為L(zhǎng)VQB-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(yùn)日期為2005年12月，該設(shè)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(shè)備投運(yùn)以來(lái)未發(fā)生類似缺陷。

2 缺陷分析

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

252出線檢修工作尚未結(jié)束，無(wú)法送電減緩壓力，調(diào)度員立即調(diào)整運(yùn)行方式，將110 kV部分負(fù)荷倒出。2019年5月17日21時(shí)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(fù)荷在一定程度上降低了發(fā)熱點(diǎn)的溫度，但沒有徹底解決問題，運(yùn)行人員繼續(xù)對(duì)接線板發(fā)熱缺陷進(jìn)行持續(xù)跟蹤檢測(cè)。5月18日10時(shí)17分，測(cè)溫時(shí)發(fā)現(xiàn)電流基本沒有變化而熱點(diǎn)溫度隨著環(huán)境溫度的升高有所升高。檢修人員現(xiàn)場(chǎng)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(dǎo)致電流互感器接線板壓接部位接觸不良，從而導(dǎo)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(shí)物圖

圖2 接線板變形情況實(shí)物圖

為了確保該缺陷不會(huì)影響主設(shè)備安全運(yùn)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(chǎng)處理后效果不佳，各熱點(diǎn)溫度沒有明顯降低，專業(yè)人員得出的結(jié)論是導(dǎo)致發(fā)熱的根本原因不是螺栓連接松動(dòng)導(dǎo)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(dǎo)致接線板接觸面之間的縫隙變大，從而導(dǎo)致接觸不良，引起發(fā)熱。

為了進(jìn)一步掌握各接觸面接觸電阻的情況，檢修人員對(duì)相關(guān)設(shè)備開展了停電測(cè)試，接觸電阻情況如表1所示。

表1 接觸電阻測(cè)試結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)電流互感器和斷路器之間通過硬管母連接，管母長(zhǎng)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(shí)允許載流量為2 976 A，滿足運(yùn)行要求，相關(guān)接線板、軟銅帶以及連接螺栓等均為配套附件，可見設(shè)備載流量滿足要求[11]。

正常運(yùn)行情況下管母自重產(chǎn)生的垂直彎矩Mcz、最大風(fēng)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(yīng)力σmax計(jì)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(zhǎng)度；fv為風(fēng)載荷，且fv=α×K×D×(vmax/4)2，依據(jù)設(shè)計(jì)資料，風(fēng)載荷相關(guān)參數(shù)情況為α=1,K=1.2,vmax=30 m/s,D=0.13；W為導(dǎo)體截面系數(shù)。

根據(jù)上述計(jì)算式求得該變電站管母承受相關(guān)力矩情況如表3所示。

表3 管母承受相關(guān)力矩情況

根據(jù)設(shè)備資料可知，該型號(hào)電流互感器接線板和絕緣支板在25 ℃時(shí)最大設(shè)計(jì)應(yīng)力均為3 400 N/cm2，小于管母最大應(yīng)力，可見接線板和絕緣支板選型有誤是導(dǎo)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(dǎo)致絕緣支板變形的另一個(gè)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?yàn)樵O(shè)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(shè)備。與設(shè)備廠家溝通得知因設(shè)計(jì)缺陷該型號(hào)的接線板和絕緣支板均已停產(chǎn)，已無(wú)法采購(gòu)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(shí)允許載流量為2 219 A，滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求，而同等長(zhǎng)度的該管母最大應(yīng)力為3 127.1 N/cm2，小于接線板和絕緣支板的最大設(shè)計(jì)應(yīng)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(wú)法保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)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(shí)連接，這樣的連接方式容易導(dǎo)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(chǎng)測(cè)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?，F(xiàn)場(chǎng)同時(shí)對(duì)相關(guān)連接部位的氧化層進(jìn)行了打磨處理，缺陷消除后現(xiàn)場(chǎng)連接情況如圖4所示。

圖4 缺陷消除后設(shè)備連接情況圖

為了證實(shí)缺陷已徹底處理，保證送電后設(shè)備不會(huì)發(fā)熱，檢修人員對(duì)消缺后的接觸面進(jìn)行了接觸電阻測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表4所示。

表4 消缺后各相接觸電阻測(cè)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(yǔ)

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

1)導(dǎo)致該電流互感器接線板發(fā)熱的根本原因是設(shè)計(jì)缺陷，針對(duì)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(yùn)行提供了可靠保障。

2)針對(duì)該站251、212電流互感器接線板超應(yīng)力運(yùn)行的問題，建議設(shè)計(jì)時(shí)留足裕度，保證接線板不會(huì)彎曲變形；針對(duì)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(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)接線板尺寸和變比板尺寸將其設(shè)計(jì)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(jiǎn)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(qiáng)設(shè)計(jì)把關(guān)，細(xì)化設(shè)計(jì)要求，規(guī)范設(shè)備驗(yàn)收。