探究220kV變電站運行設備發熱原因與對策

浙江華云電力工程設計咨詢有限公司 韓嫵佳 張斌斌

探究220kV 變電站運行設備發熱原因與對策，總結設備發熱原因及對策能夠在一定程度上確保變電站運行的安全穩定。在變電站設備運行過程中可能會出現一些影響變電設備健康的不確定因素，如果沒有采取有效措施進行處理易引發變電站設備跳閘、保護動作等事故，并且縮短變電設備全壽命周期。因此，要想提高變電站運維工作的質量和效率，須對影響變電站設備正常運行的各類因素加以分析，找出問題所在并擬定解決對策，為我國電力行業的健康發展提供良好的基礎和保障。

1 220kV 變電站運行設備發熱原因

1.1 絕緣老化

絕緣老化是指變電設備在長期運行過程中，由于電場、溫度、環境、機械力度等因素的綜合作用下，使絕緣材料結構損壞，逐漸失去絕緣性能的過程。其是變電站運行設備發熱的主要原因之一，其主要表現為絕緣材料的物理和化學性能發生變化。在物理方面，絕緣材料的彈性模量、硬度、柔韌性等特性會逐漸降低，導致絕緣材料的強度和耐磨性下降。在化學方面，絕緣材料的化學穩定性會逐漸降低，易受化學物質的侵蝕，導致絕緣材料的絕緣性能下降。各種絕緣材料、結構、工作環境的不同，促使絕緣老化的因素也各有不同，通常為過熱、氧化、放電、環境、粉塵及微生物等（如圖1所示）。

圖1 由于開關柜絕緣件表面大量粉塵導致放電加快絕緣老化

1.2 變壓器內部故障

變壓器內部故障的類型有多種，包括繞組短路、鐵芯過熱、絕緣老化、導電回路接觸不良等。其中，繞組短路是較為常見的故障類型，其會導致變壓器發熱，甚至爆炸等嚴重后果。造成變壓器內部故障的原因也有多種，如鐵芯多點接地、過載、電壓波動、內部受潮、操作不當等。這些因素會導致變壓器的絕緣性能下降以及變壓器內部放電、發熱等缺陷。

1.3 電氣元件缺陷

電氣元件缺陷是導致220kV 變電站運行設備發熱的重要因素之一。電氣元件缺陷可以分為內部和外部兩種類型。內部缺陷指的是電氣元件家族性缺陷（如圖2所示）、安裝或運行過程中存在的缺陷，如材料質量不良、加工工藝不當等，長期運行后會導致電氣元件的絕緣能力下降。外部缺陷則指的是電氣元件受到外部因素影響而發生的損壞，如短路沖擊，過電壓等，在運行過程中導致電氣元件擊穿損壞。

圖2 開關柜內穿柜套管等未選用低磁導率不銹鋼板渦流發熱

1.4 環境溫濕度過高

220kV 變電站運行設備對環境溫濕度有一定要求，如浙江地區陰雨天氣較多，環境濕度較高，設備內部出現凝露情況（如圖3所示）。環境溫濕度過高，會加快元器件老化銹蝕、縮短其使用壽命，重則可能引起直流接地、端子短路，造成保護誤動或拒動以及火災等重大事故。據統計，山東某敞開式220kV 變電站自2010年以來，已發生4起因端子箱凝露引起的直流接地，在某次調查中全站27端子箱有21個出現了不同程度的凝露現象，凝露率高達77.8%。而浙江某500kV 變電站僅2017年就發生多起由于匯控柜、開關柜凝露引起的故障事件。

圖3 開關柜內凝露

1.5 充油設備絕緣油劣化

充油設備絕緣油劣化是油氧化后的結果。充油設備絕緣油在長時間的運行過程中，會逐漸被氧化，從而失去其原有的性能。這種氧化反應會導致油的酸度升高，使絕緣油導電性能增加，加快絕緣材料老化，促使變壓器發熱，從而影響充油設備的正常運行。

2 220kV 變電站運行設備發熱對策

為了延長設備的使用壽命，減少設備發熱的可能性，需要對變電設備定期進行常規檢修及預防性試驗，出現問題后進行相應專項試驗確定主要故障原因，對應具體故障提出發熱對策。

2.1 設備絕緣維護

更換絕緣材料是一種有效的對策，要選擇具有較好絕緣性能、耐高溫、耐磨損等的材料，且需要考慮材料的成本和可行性等方面的因素。更換絕緣材料的過程需要嚴格按照相關規定和標準進行操作，確保更換后的絕緣材料能夠達到預期的效果[1]。對延長絕緣件使用壽命，可通過封堵增加設備密封性等外部措施，減少絕緣件所處環境的變化，定期對絕緣件外表進行清洗措施，如高分子水沖洗等，減少泄漏電流，延緩絕緣件老化速度。

2.2 加強變壓器巡視及檢修

為了預防變壓器內部故障的發生，確保變壓器安全運行，可以采取以下措施：定期進行絕緣電阻測試、定期檢查變壓器內部結構、定期更換變壓器油、定期清洗變壓器絕緣表面等。這些措施能夠保證變壓器的正常運行，延長變壓器的使用壽命，降低運行風險[2]。定期對其進行巡視和檢修尤為重要，巡視時間基準周期按變壓器電壓等級要求，內容包括變壓器本體及附件巡檢、運行監控信息調閱。

檢修時間基準周期按變壓器電壓等級要求，內容包括變壓器本體及附件帶電診斷性檢測、停電診斷性檢測等。根據變壓器的工況可調整基準周期，巡檢的內容應涵蓋變壓器內部的各個部位，發現問題及時做出處理措施，更換對應缺陷部件，以防發生重大事故，只有這樣，才能確保變壓器的安全運行，提高變電站的運行效率。

2.3 定期測試和更換電氣元件

電氣元件是變電站運行設備的重要組成部分，其安全運行對于保障電網的穩定運行至關重要。為了確保電氣元件的正常運行，定期進行常規性試驗是必不可少的。首先，定期常規性試驗能夠及時發現電氣元件的問題，如電氣元件老化、磨損、腐蝕等，分析出潛在隱患，及時采取措施進行更換，避免因故障引起的事故，保障電網的穩定運行。電氣元件的日常清掃和設備的正常穩定使用，均可延長電氣元件的使用壽命，提高電氣元件的性能和可靠性。電氣元件存在使用壽命問題，變電二次元件一般為8～10年須進行更換，變電一次主設備一般依據各類設備全壽命周期進行更換，確保不因設備老化影響電網穩定安全運行。

2.4 控制環境溫濕度對設備發熱影響

環境溫濕度對設備安全運行有較大影響，因此必須高度重視設備運行環境溫濕度的控制。首先，要保證設備的散熱良好，可以通過加裝散熱設備、優化設備布局等方式來實現。對室內運行設備，在室內按照單位容積內制冷量、除濕量的要求配置空調、除濕器、環境智能控制裝置。

此外，還可在設備內、外部配置溫濕度傳感器等設備來監測設備的運行環境溫濕度，將信號上傳至變電站監控系統，在監測過程中，要注意記錄溫度變化的趨勢，以便更好地預測設備的壽命和維護需求，出現問題時進行告警，運維人員相應做出對應解決措施，并進行必要的維護。同時，要及時清理設備周圍的灰塵和雜物，保持設備的通風暢通。通過這些措施，可有效地控制設備運行溫度，延長設備的使用壽命，確保電力系統的安全穩定運行。

2.5 及時過濾或更換劣化變壓器絕緣油

絕緣油使充油設備有良好的熱循環回路，以達到冷卻散熱的目的，并且增加相間、層間以及設備的主絕緣能力，提高設備的絕緣強度，防止電弧的擴展，且隔絕設備絕緣與空氣接觸，防止發生氧化和浸潮，保證絕緣不降低，保證充油設備的正常運行。長時間運行后充油設備絕緣油會逐漸劣化，絕緣油內會出現大量氣體及金屬介質，導致絕緣油油質量下降，從而影響變壓器的正常運行。因此，及時過濾或更換變壓器油是必要的。

充油設備絕緣油的過濾和更換應根據絕緣油的油取樣試驗報告進行決策，一般來說，當絕緣油的油中溶解氣體分析、油介質損耗、含水量、含氣量等超過規定值就需要進行過濾或者更換。絕緣油的定期抽樣檢測，通常每半年一次，內容包括絕緣油外觀、顏色、油中溶解氣體分析、擊穿電壓檢測、水分檢測、介損（90℃）檢測、酸度檢測等，形成報告，由專業人員進行分析后得出結論，以便及時對絕緣油進行處理，保證設備的正常運行。

在更換變壓器油時，應選擇符合規定的變壓器油。一般來說，變壓器油應符合國家標準，并且在使用過程中應嚴格按照規定使用[3]。另外，在更換變壓器油時，應注意保護環境，防止變壓器油的泄漏對環境造成影響。因此，在更換變壓器油時，應選擇專業的服務機構進行操作，以便保證操作的安全性和環保性。

3 220kV 變電站運行設備發熱預防措施

3.1 合理設置變壓器

變壓器是電力系統中重要設備之一，主要用于變換電壓。在220kV 變電站中，變壓器的作用較為關鍵，其能夠將輸電線路中高電壓的電能轉換為低電壓的電能，以供給用戶使用。同時，變壓器還可通過升壓將發電廠產生的低電壓電能提升為輸電線路所需要的高電壓電能，以保證電力傳輸的效率。在220kV 變電站中，合理設置變壓器較為必要。

首先，變壓器的設置應考慮到電力系統的穩定性和安全性，以避免設備故障對系統造成不良影響。其次，變壓器的位置應選擇在方便維護和檢修的地方，以保證設備的正常運行。最后，合理設置變壓器可提高電力系統的負載能力，以滿足用戶的需求。同時，在整個區域電網負荷合理分布，重負荷區域需進行負荷外送，以免變壓器過載發熱導致影響變電站設備健康運行。

3.2 加強日常維護和管理

加強日常維護和管理是保證220kV 變電站運行設備不發熱的關鍵措施之一。一是建立完善的日常巡檢制度，對設備進行定期檢查，發現問題及時處理。

二是要加強設備的清潔工作，保持設備表面的清潔度，防止灰塵和腐蝕物質對設備產生影響。同時，還要做好設備的保養工作，及時更換老化的部件，保證設備的正常運轉。

三是應該加強對設備的監控和數據分析。通過對設備運行數據的監控和分析，可以及時發現設備的異常情況，并采取相應的措施進行處理。同時，還可對設備的運行情況進行分析，找出存在的問題，并及時進行改進和優化，提高設備的運行效率和穩定性。

四是建立健全的應急預案。在設備發生故障或異常情況時，能夠及時啟動應急預案，采取有效措施進行處理，避免事態的進一步惡化。同時，要加強對應急預案的演練和培訓，提高應急處理的能力和效率，確保設備的安全運行。

總而言之，對220kV 變電站運行設備發熱進行分析時，可通過將變壓器和斷路器的溫度數據與其他電力設備進行對比來判斷其是否處于正常狀態。如此不僅能夠幫助相關工作者了解到變電運維工作中存在的問題，而且還能為相關部門提供有效的建議，以提高變電運維工作水平，進而確保電網系統穩定可靠地運行。同時，探究220kV 變電站運行設備發熱原因與對策，對于保證供電質量、保障電力系統安全，以及維護人民群眾的生命安全等方面都具有重大的意義。