变电所主变低压侧穿墙套管新型底板的研制

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(国网浙江省电力公司嘉兴供电公司，浙江 嘉兴 314000)

1 引言

“安全第一，预防为主”，这是电力系统永恒不变的主题，“一切为用户服务”这是电力系统亘古不变的宗旨。近几年随着社会的高速发展，企业的工业用电和居民用电直线上升，每年的夏天，特别在公司“迎峰度夏”其间，用户负荷大增时，主变出力大，主变低压侧电流随之增大，加上夏季炙热酷暑的环境温度，使得底板发热更是火上添油，当环境温度在35°，主变低压侧(10kV)负荷电流在2200A左右时，其温度最严重的甚至可高达155℃，电力系统主变低压侧电压等级如110kV、35kV、10kV所用的穿墙套管基本上为复合外套干式穿墙套管，其绝缘材料一般为硫化硅橡胶，其套管适用环境温度为-40°～+40°，超过温度范围，硫化硅橡胶易老化，当温度超过极限值150°时，易产生击穿，发生接地、短路等安全事故，严重危及电网设备和人员安全，同时对用户的用电可靠性也产生了巨大影响，并且涡流损耗也造成了电能的白白浪费。

2 发热原因分析

针对上述发热情况，本文对嘉兴地区所辖的变电所主变低压侧穿墙套管固定底板的三种安装方式进行了统计，如表1所示。

表1 主变低压侧穿墙套管固定底板安装方式

下面，我们将对上述三种的底板的安装方式进行统计分析，找出底板发热的原因所在。

2.1 主变低压侧穿墙套管安装在户内铁板的发热情况

表2选取具有典型代表的所辖的110kV、35kV变电所主变穿墙套管安装在户内铁板的情况进行调研及红外线测温，统计其在不同主变低压侧负荷电流、环境温度时，主变穿墙套管底板温度及温升情况。

表2 底板安装在户内铁板的发热情况

从表中可以看出，固定底板的温度升高与主变低压侧负荷电流成正相关性，电流越大，固定底板发热越严重，电流超过1500A，温度非线性急剧上升。

2.2 主变低压侧穿墙套管安装在户外铁板的发热情况

表3选取具有典型代表的所辖的110kV、35kV变电所主变穿墙套管安装在户外铁板的情况进行调研及红外线测温，统计其在不同主变低压侧负荷电流、环境温度时，主变穿墙套管底板温度及温升情况。

表3 底板安装在户内铁板的发热情况

从表中可以看出，固定底板的温度升高与主变低压侧负荷电流成正相关性，电流越大，固定底板发热越严重，电流超过1500A，温度非线性急剧上升，其规律与安装在室内方式一样。

2.3 主变低压侧穿墙套管直接安装在水泥板的发热情况

表4选取具有典型代表的所辖的110kV、35kV变电所主变穿墙套管安装在水泥板进行调研及红外线测温，统计其在不同主变低压侧负荷电流、环境温度时，主变穿墙套管底板温度及温升情况。

表4 底板安装在户外铁板的发热情况

从表中发现固定底板的温度与测试的时间、环境温度、低压侧负荷电流无关，只与环境温度有关。

从上述三个统计结论中，发现随着主变低压侧符合电流的增加，在铁质底板上温度会上升，在水泥板上温度不会变化，这是因为交变的电流在其周围会产生交变的电场，交变的电场在其产生交变的磁场，如图1所示，交变的磁场在铁质底板上会因电磁感应如图2所示产生涡流发热，因为铁质底板的相对导磁率在3000～5000左右，而在水泥板上，不会因电磁感应产生涡流而发热，因为水泥为非导磁材料。

图1 主变低压侧穿墙套管底板磁场发布图

电磁感应作用在导体内部感生的电流。又称为傅科电流。导体在磁场中运动，或者导体静止但有着随时间变化的磁场，或者两种情况同时出现，都可以造成磁力线与导体的相对切割。按照电磁感应定律，在导体中就产生感应电动势，从而驱动电流。这样引起的电流在导体中的分布随着导体的表面形状和磁场的分布而不同，其路径往往有如水中的漩涡，因此称为涡流。涡流在导体中要产生热量。所消耗的能量来源于使导体运动的机械功，或者建立时变电磁场的能源。因此在电工设备中，为了防止涡流的产生或者减少涡流造成的能量损失，其原理图如图2所示。

图2 电磁感应产生涡流原理图

3 新型低磁底板的研制

从上述的底板发热的原因分析可知，主变穿墙套管固定底板发热是由于电磁感应产生的涡流所致，其发热量与相对导磁率成正比，传统主变低压侧穿墙套管固定底板是用普通的铁板或钢板制作而成，其相对导磁率在3000～5000之间，涡流发热十分严重。虽然主变低压侧穿墙套管安装与水泥板不会发热，但是如今随着主变容量和用电负荷的增加，水泥板已经无法承受越来越重的穿墙套管的重量，因此，必须研制新型的低磁钢板，在保证一定强度以承受套管分量的同时，将其相对导磁率降为1左右，使其产生的涡流几乎可以忽略不计，以降低底板的温度。

3.1 低磁材料的选择

本文研究在钢板内添加一定比例的C，Mn，AI，Si，S，P等元素，进行合适配比，使得其导磁率、硬度、制作成本在最佳位置。文章研究发现，C含量：0.17%；Mn含量：23%；Al含量2%；Si含量0.3%；P含量：0.02%时，钢板的相对导磁率小于等于1.05，抗拉强度≥530MPa;屈服强度≥255MPa;延伸率≥30%，完全符合底板的强度需要，并且其价格在21200元/吨，格相对便宜。

3.2 制作切割的选择

本文从制作切割精度、损伤、成本等方面出发，采用数控冲床切割，对底板进行加工，得到所需的底板。数控冲床冲切精度高,冲切毛刺小,工件平整度好,后续加工量少,废品率低,成形质量高,数冲的加工尺寸精度一般可达0.1mm,产品的尺寸一致性好，并且数控冲床在切割金属的过程中，采用物理的方式进行切割，不损伤切割金属，其物理、化学、机械金属都不会有任何改变。

3.3 防水材料的选择

对于户外安装穿墙套管底板，必须考虑其防水密封处理，防止雨水从穿墙套管与穿墙套管底板之间的缝隙中流进去，而在选择密封材料时，必须考虑到防水的密封度、材料的耐用度以及使用场所条件。本文采用防水橡皮圈，防水橡皮圈粘结性、抗水性和耐气候性好，防水橡皮圈抗拉强度高，弹性好，防水性能优越。在各类环境中都能使用，经久耐用，受各类腐蚀小，使用年限长，更换方便。环境温度在-20℃～50℃范围内，自然老化寿命年限>10年。并且相对表面不需要太干净，如有少许水分、油污、尘土同样不影响防水橡皮圈的防水性能。

4 效果检查

本文研制的新型低磁钢板已在新建的君堂变、扩建的文昌变、金沙变、屠甸变，运行的金鱼变、梅里变上应用，现场使用效果极佳。以金鱼变#2主变10kV侧穿墙套管底板为例，在2014年5月28日对其进行了改造应用。在相同的负荷情况下(低压侧10kV电流为1410A)，更换前，环境温度29℃，从图3可以明显看出是最亮点为底板温度66℃；更换后，环境温度30℃，从图4可以明显看出是最暗点为底板温度，只有30℃，基本与环境温度持平，较之周边墙壁的温度还要低，取得了立竿见影的效果。

图3 金鱼变#2主变更换前底板红外测温图

图4 金鱼变#2主变更换后底板红外测温图

2014年7月6日，赶在今年电网“迎峰度夏”前对梅里变#2主变10kV穿墙套管底板进行了改造更换，在相同的负荷情况下(低压侧10kV电流为1500A)在从底板更换前红外测温图和底板更换后红外测温图的对比可以看出，改善穿墙套管底板发热情况的效果十分明显，消除了由于底板发热严重而可能造成的安全隐患。

图5 梅里变#2主变更换前底板红外测温图

图6 梅里变#2主变更换前底板红外测温图

所测变电所更换前2013测试时间负荷电流(A)环境温度(℃)底板温度(℃)温差(℃)更换后2014测试时间负荷电流(A)环境温度(℃)底板温度(℃)温差(℃)5.2814103066366.51456313105.2914323167366.8152132320金鱼变#2主变6.1315103173426.111569333306.1515683276446.121578323207.27181237126897.281816383807.30180639121827.291798373705.2815003067378.181789363605.2915133171408.19180238380梅里变#2主变6.1315893177468.211778353506.1516653281498.231806363607.27180037135989.21703303007.30181239137989.3175631310

5 推广应用

鉴于本文研制的新型低磁钢板的显著效果，今后基建工程穿墙套管底板按照《国网嘉兴供电公司关于进一步落实国网公司反措和省公司专业管理要求的通知(嘉电运检〔2014〕173 号)》中变电专业提升要求第四条执行，进一步明确要在110kV、35kV、20kV、10kV 等电压等级穿墙套管底板上全面应用低磁钢板包含主变及出线穿墙套管，各级工程建设、施工、设计单位予

以落实。目前已是2014年度国网浙江省电力公司群众性科技性项目，在浙江省电力系统全面推广应用。

6 总结

本文针对变电所主变低压侧穿墙套管固定底板因电磁感应产生涡流的发热情况，通过研制新型的低磁钢板，使其相对导磁率从原来的3000～5000降为1.05，几乎完全消除了涡流，底板的温度降至了环境温度，消除了电力生产中的重大安全隐患，并且避免了能源浪费。

[1] 李克.220kV穿墙套管末屏烧损的原因分析及故障处理[J].电力设备，2005(7):67-69.

[2] 刘兴旺.主变10(6)kV 穿墙套管发热原因分析及改进[J].上海电力，1999(5):33-34.

[3] GBJ149-1990电气装置安装工程母线装置施工及验收规范[S].