变电站内开关室穿墙套管板发热原因分析及处理

0 引言

穿墙套管是变压器与配电线路间的重要连接部位，连接主变低压侧引出线和35 kV、10kV开关室。当电流流经主母排时，会在将穿墙套管固定于墙体上的穿墙套管板上激发一个磁场，由于电流随机变化，因此该磁场为变化磁场。导体处在随时间变化的磁场中时，导体内感生的电流导致的能量损耗，称为涡流损耗。涡流损耗会随着母线工作电流增加而急剧增大，在迎峰度夏期间这个问题尤甚，严重影响了母线的载流量和电气元件特别是穿墙套管本体的正常工作以及整条线路的运行安全性和供电可靠性［1-2］，甚至危及人身安全，产生巨大的经济损失和负面影响。特别是近几年来，随着负荷的快速增长，供电可靠性要求的不断提高，十分有必要分析并解决该问题，以保证开关室进线穿墙套管板不出现温度过高的情况，创造更加安全可靠的设备运行环境，从而使电网安全稳定运行。

1 穿墙套管板发热现象概述

通常将每年的6月下旬至9月上旬定为迎峰度夏时期。这个时期有2个鲜明的特点：一是环境气温高，二是开关室里主母排负荷量大。表1是温州市区某变电站1#主变迎峰度夏期间的平均负荷量与年平均负荷量的对比关系，通过计算得知前者是后者的1.26倍以上。

表1 全年平均负荷电流与迎峰度夏期间平均负荷电流对比

迎峰度夏时期，变电站内开关室进线穿墙套管板发热温度较高，严重情况下达到100℃以上，如图1所示。且从图中可以发现温度最高点出现在穿墙套管板上。

图1 某变电站迎峰度夏期间红外成像温度

翻查2010年8月、9月该变电站的红外温度测量记录，测得温度如表2所示。由表2可得套管板平均温度为99.25℃，穿墙套管板长期高温运行势必会影响到穿墙套管本体的绝缘性能，威胁电网安全运行的可靠性。

表2 某变电站2010年迎峰度夏期间红外测温记录

2 穿墙套管板切缝铜焊处理

电气装置安装工程高压电器施工及验收规范中规定：额定电流在1500A及以上的穿墙套管直接安装在钢板上时，套管周围不应成闭合磁路［3］。变压器装配工艺中也明确规定，在油箱顶部的大电流瓷套安装法兰应用隔磁不锈钢制成或用隔磁不锈钢来进行隔磁，即将普通钢法兰开槽，槽口镶以隔磁不锈钢或其他导磁性能差的金属材料。

为了改善涡流损耗发热的发生，最有效又简单的方法就是在原有结构上采取有效措施断开闭合回路，然后用封堵材料将切口封住，以避免大电流母线附近的钢构件形成包围的闭合回路［4］，如图2所示。由于封堵泥易老化、脱落，因此逐渐采用用黄铜焊缝的方式替代封堵泥隔断磁路的方法。

图2 穿墙套管板切缝处理示意图

3 穿墙套管板更换低磁钢板处理

切缝铜焊技术破坏了穿墙套管板的整体性，使得其机械强度不能得到保障，因此需要寻求新的处理方式。变压器低压侧出线安装板使用低磁钢板的方法处理出线套管板发热问题，笔者发现该变电站开关室穿墙套管板所采用的是普通钢板而不是低磁钢板，因此采取将穿墙套管板整体调换低磁钢板的方法来解决涡流损耗引起的发热问题。对目前常用的铝合金、铜、高锰钢3种低磁材料性能作对比，如表3所示。

表3 低磁材料性能对比

综合考虑经济效益、整体强度等因素，笔者选择高锰低磁钢（锰含量大于17%，碳含量一般小于1.0%）。高锰低磁钢具有强度高和韧性大等特点，由于碳、锰含量较高，因此钢的导热能力较差，约为碳素钢的1/3。另外，高锰钢还具有低磁性能，其磁导率为1.003～1.03 H/m（相对磁导率≤1.02），而一般钢铁的磁导率为200～400H/m。用高锰低磁板按照1#主变10kV开关室穿墙套管板同样尺寸在变压器厂设计制作完成一块穿墙套管板，现场安装完成并成功投运送电，24 h之后对穿墙套管板进行温度测量，其结果如表4所示，由表可知套管板温度明显下降。

表4 某变电站低磁钢板安装前后红外测温记录

4 低磁钢板调换后运行情况

为了比较穿墙套管板更换之后的运行效果，在2011年8月、9月对该穿墙套管板温度进行了测量。考虑到套管板温度与主变负荷和环境温度均有关，因此所选的4个时间节点的测温环境大致与2010年相当，测得数据如表5所示。

表5 某变电站2011年迎峰度夏期间红外测温记录

通过数据分析，可以得出该变电站2011年8月、9月所测的套管板平均温度相比2010年8月、9月下降了46.5℃，由此可知该方法效果显著。对10月现场数据不断跟踪和比较后发现：穿墙套管板的平均温度维持在8—9月份的水平。在2011年迎峰度夏期间，此项工作起到了明显的功效，不仅降低了变电站内开关室进线穿墙套管板的温度，成功使得套管本体及开关柜主母排温度下降，从而改善了设备的运行及散热情况，减少了涡流损耗，进而减少了电能开销，而且在一定程度上减少了变电运行的巡视次数，创造了更为安全的作业条件。

5 结语

（1）涡流损耗导致穿墙套管板发热，会降低套管本体的使用寿命，严重情况下会威胁电网运行。

（2）将穿墙套管板切缝铜焊处理切断套管板中磁流的环路，可以解决发热问题，但是这种方法会破坏套管板的整体性和机械强度。

（3）将穿墙套管板整体调换成低磁钢板的方法不仅确保了钢板自身的强度，同时增大了铁芯板的磁阻，降低了涡流损耗，现场实际效果十分显著。