一起220kV GIS母线局部过热的原因分析

摘 要:从理论上定性分析了GIS分相母线外壳连接处局部过热产生的原因,并依据有关技术数据进行分析验证,提出了解决措施,并在实际应用中取得了良好效果。

SF6气体绝缘金属封闭开关设备(简称GIS),是由断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、套管、封闭母线及波纹管等组成金属全封闭组合电器,以一定压力的SF6气体作为绝缘介质,具有占地面积小,供电可靠性高、安装简便、日常维护量少及检修周期长等特点,是电网的重要设备之一。GIS用母线是由通电导体安装在金属壳体内以绝缘件(盆式绝缘子或支撑绝缘子)为支撑,以一定压力的SF6气体为绝缘介质,壳体与壳体间靠金属法兰或盆式绝缘子连接在一起,起到汇集和分配电能的作用。

1问题提出

某200kV变电站室外安装220kV GIS用母线壳体连接部位部分螺栓出现局部过热现象,用远红外热像仪对运行中的设备进行温度测量,发现母线个别对接面存在局部发热点,该发热点较其他部位高出12℃,为37℃,其他部位温度为25℃,经过一段时间的检测,温度最高时可达到70℃,且随着母线通电电流增大而升高。母线对接面由金属法兰、盆式绝缘子、O型密封圈及防水胶用螺栓紧固而成,O型圈、盆式绝缘子及防水胶的适用条件分别为-55℃～120℃、-55℃～105℃及-55℃～210℃,因此该局部温度达到70℃对设备运行不会造成影响,考虑到负荷电流没有达到最大及局部过热是否还会继续扩大等因素,需要对局部过热部位进行处理。

2原因分析

该变电站220kV GIS为室外安装双母线结构,每条母线中设有检修压缩用波纹管,母线为三相分箱结构,采用多点接地,且三相母线外壳间隔间采用连接铝排进行连接。

引起封闭母线外壳发热的因素有以下几点。

(1)铝制的封闭母线外壳处在母线所产生的交变磁场中,产生电流,引起发热。

(2)封闭母线导体上大电流产生的热量以辐射、对流的方式传递到封闭母线外壳,导致其温度逐渐升高。此种情况在正常运行下是不可能发生的。

显然,正常运行工况下,磁场引起的发热是封闭母线外壳发热的主要因素。

根据电磁学的有关理论,流经每相母线的交流电流在其周围空间产生呈正弦规律变化的磁场,该磁场在铝制的封闭母线外壳上产生感应电势。由于分相封闭母线三相间在两端短路连接、接地连接,构成回路,该感应电势在封闭母线外壳上产生感应电流,其大小原则上与母线负荷电流相当。根据经验值,外壳上流经的感应循环电流约为母线负荷电流的70%～80%,该感应循环电流流过封闭母线外壳,引起封闭母线外壳发热。对整个封闭母线外壳而言,负荷电流越大,封闭母线的发热越严重。而对于封闭母线外壳连接处而言,该部位的发热量与其电阻的大小及流过此处的电流有关,即电阻越大、电流密度越高的地方,发热越严重。一旦母线外壳连接处局部接触不良或接触电阻大,该处就会出现温度升高,温度过高造成该接触连接面就会发生强烈氧化,使接触电阻增大,温度进一步上升,最终出现局部过热现象。

现场对发热部位对接面两端追加了带线夹的电缆线短接后,经过一段时间,对接法兰局部发热点温度逐步降低,线夹部位温度升高。此现象说明外壳循环电流流经短接电缆,因此对接面流经电流减少,温度降低,而线夹部位接触电阻大,出现该部位的发热现象,由此也证明了上述的原因分析是正确的。

找到了发热的原因是由于对接面局部接触不良造成,下面需进一步查找造成局部接触不良的原因及处理对策。

造成局部接触不良的原因可能如下几个方面。

(1)波纹管调节时四根紧固螺柱紧固尺寸不一致。

经现场测量,四根螺柱紧固尺寸存在2mm～3mm偏差,存在法兰面受力不均匀的现象。

(2)部分间隔地基下沉造成。

经现场调查、测量,同一基础平整度最大高差4mm,相邻高差最大为5mm,两次测量沉降值累加最大值为6mm,上述尺寸虽满足相关标准要求,但对法兰受力不均造成一定影响。

(3)产品对接面构造原因。

壳体法兰与法兰间对接,由12个螺栓固定,对接面有O形圈、防水胶等,这样造成对接面接触面小,如果受力不均匀,容易造成局部接合面翘曲,接触不良。

由于上述三方面的原因,最终造成个别对接面局部过热现象的发生。

3处置对策

3.1 针对此部位的处置措施

对发热部位采取重新调节波纹管受力状态,对发热部位螺栓重新紧固等处理对策可解决此问题的发生。

在设备运行状态下,对发热部位的连接面追加跨接铜排,使壳体循环电流流经跨接铜排,也可解决此问题的发生。

经采取上述措施后,效果较好,局部过热现象消除。

3.2 防范措施

(1)应将各接合面加工平整,保证各接合面间紧密接触,在各接合面上涂上导电膏,尽量减小接触电阻。

(2)安装时保证检修压缩用波纹管法兰面受力均匀,波纹管四根调节螺柱调节尺寸一致。

(3)各对节面追加短路铜排,短路铜排与封闭母线外壳间的接触面应平整,并在各接合面上涂导电膏,尽量减小接触电阻。

(4)各螺栓紧固应采用对角分别紧固,并施加规定的力矩,使受力均匀,不出现接合面局部翘曲,防止局部区域接触电阻过大。

(5)定期对封闭母线的发热情况进行检查,及时消除因运行中振动及过热导致的螺栓松动、螺栓压紧垫片变形等故障。

4结语

(1)经过对该站局部发热点的原因分析及处理,证明措施是有效的,且为以后GIS母线安装提供了宝贵经验。

(2)GIS越来越多用在电网中,它的优点比较明显,由于检修时间长,一旦出现问题,造成停电时间也会很长,应加强设备的定期检查特别是在线监测,发现问题及时分析,处理,保证设备安全稳定运行。

(3)GIS用母线分箱式封闭母线各相间的外壳相互分开,降低了相间短路的可能性,同时,由于GIS的多点接地及相间连接,造成了外壳感应循环电流,应从工艺、质量控制上充分注意各对接面受力均匀,不存在局部接触不良或接触电阻偏大现象。