引言

我國(guó)風(fēng)資源非常豐富,特別是東北、西北、華北地區(qū),發(fā)展風(fēng)力發(fā)電有著得天獨(dú)厚的氣候條件,隨著上述地區(qū)風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量的飽和,風(fēng)力發(fā)電逐步向南方沿海及內(nèi)陸地區(qū)轉(zhuǎn)移。某些地區(qū)的夏季溫度會(huì)比較高,極端最高溫度可能高達(dá)＋40C,高溫問(wèn)題是這些地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)所面臨的一個(gè)共同問(wèn)題。

作為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)重要組成部分的風(fēng)電專(zhuān)用箱變能否安全穩(wěn)定運(yùn)行,其在高溫條件下的可靠性顯得尤為重要。而風(fēng)電箱變低壓側(cè)的核心部件低壓斷路器的運(yùn)行溫度能否控制在正常范圍內(nèi),是風(fēng)電專(zhuān)用箱變安全穩(wěn)定運(yùn)行的決定性因素之一。

大多數(shù)安裝在高溫地區(qū)的風(fēng)電專(zhuān)用箱變的低壓斷路器是在其標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)制造的,采取了一些輔助的專(zhuān)項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)措施,提高斷路器的運(yùn)行可靠性,期望能保證風(fēng)電專(zhuān)用箱變的正常安全運(yùn)行。

本文在總結(jié)明珠電氣股份有限公司近年來(lái)用于高溫風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電專(zhuān)用箱變低壓斷路器的問(wèn)題及改進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,通過(guò)分析低壓銅排對(duì)斷路器溫升的影響,提出了高溫環(huán)境下風(fēng)電專(zhuān)用箱變低壓銅排的設(shè)計(jì)與選型要點(diǎn),以期為今后風(fēng)電專(zhuān)用箱變的設(shè)計(jì)提供參考。

1高溫對(duì)風(fēng)電專(zhuān)用箱變斷路器的影響

我國(guó)最高戶(hù)外氣溫為40C,在盛夏高溫季節(jié),太陽(yáng)輻射作用下箱體內(nèi)溫度可高達(dá)60C以上。高溫對(duì)電氣元件有明顯的影響,溫度升高會(huì)加劇斷路器中電接觸連接表面與周?chē)髿庵心承怏w的化學(xué)反應(yīng),使接觸面上生成氧化膜及其他膜層,增大接觸電阻,并進(jìn)一步使接觸面溫度再升高,形成惡性循環(huán),從而造成斷路器誤動(dòng)作及內(nèi)部觸頭燒蝕事故,如圖1所示。

圖1 內(nèi)部觸頭燒蝕

2斷路器溫升試驗(yàn)

低壓電器中,用于各元件的電氣連接方式有很多,包括電線(xiàn)電纜連接、銅排連接等。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的溫升試驗(yàn)中,對(duì)大電流采用銅排連接,對(duì)小電流采用電線(xiàn)電纜連接。對(duì)于斷路器的溫升試驗(yàn),一般情況下使用銅排連接。下面以常見(jiàn)的配套2MW風(fēng)機(jī)的風(fēng)電專(zhuān)用箱變斷路器為例,對(duì)額定電流相同的同型號(hào)斷路器施加2MW風(fēng)機(jī)滿(mǎn)載電流1674A進(jìn)行溫升試驗(yàn)。

(1)作為風(fēng)電專(zhuān)用箱變低壓側(cè)一次回路電流的載體,又是實(shí)現(xiàn)與斷路器接線(xiàn)端子可靠搭接的橋梁和紐帶,銅排一般由T2純銅加工制造,其結(jié)構(gòu)的合理性對(duì)斷路器溫升的高低有著重要影響。與斷路器進(jìn)行單排搭接主要有兩個(gè)缺陷:

1)搭接平面只有1個(gè),根據(jù)電流的集膚效應(yīng)原理,單位面積上的電流密度較大,導(dǎo)致溫升偏高。

2)通過(guò)緊固螺栓的方式連接,理論上是面與面的接觸,但因平面度誤差等因素的存在,實(shí)際上總是多點(diǎn)或小平面的接觸,而不是大平面的完全接觸,導(dǎo)致電流密度偏大,溫升偏高。

鑒于上述缺陷,與斷路器接線(xiàn)端子的搭接采用雙銅排,具有以下優(yōu)點(diǎn):

1)搭接平面由1個(gè)增加到2個(gè),降低了單位面積上的電流密度,有效降低了系統(tǒng)溫升,延長(zhǎng)了使用壽命。

2)通過(guò)單位面積上電流密度的計(jì)算,優(yōu)化后的雙銅排搭接比單銅排搭接的總銅排截面積減小,可節(jié)約銅材。

對(duì)分別采用雙銅排和單銅排搭接的同一斷路器進(jìn)行溫升摸底試驗(yàn),斷路器的接線(xiàn)端子溫升對(duì)比如下:單銅排搭接的接線(xiàn)端子溫升分別為A相63.8K、B相70.4K、C相58.9K,雙銅排搭接的接線(xiàn)端子溫升分別為A相53.7K、B相60.6K、C相54K,溫升分別下降A(chǔ)相10.1K、B相9.8K、C相4.9K,如表1所示。

(2)在采用單、雙銅排對(duì)斷路器進(jìn)行溫升試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,又將上述試驗(yàn)用到的斷路器裝在風(fēng)電專(zhuān)用箱變低壓柜內(nèi)模擬實(shí)際安裝和運(yùn)行狀態(tài)下的溫升試驗(yàn),結(jié)果表明同為80x6的雙銅排在低壓柜內(nèi)的溫升比表1裸露在空氣中的溫升高3K左右,這主要是因?yàn)榈蛪汗駜?nèi)的散熱條件變差及銅排長(zhǎng)度減小。

將低壓柜內(nèi)80×6的雙銅排換成截面積相同的60×8的雙銅排,在同等條件下進(jìn)行溫升試驗(yàn)。60×8雙銅排搭接的接線(xiàn)端子溫升分別為A相58.9K、B相67.7K、C相59.6K,80×6雙銅排搭接的接線(xiàn)端子溫升分別為A相56.3K、B相63.8K、C相57.1K,溫升分別下降A(chǔ)相2.6K、B相2.9K、C相2.5K,如表2所示。結(jié)果表明,在銅材用量不變(兩種規(guī)格的銅排截面均為480mm2)的情況下,周長(zhǎng)越大的銅排越利于斷路器接線(xiàn)端子的散熱,60×8的銅排周長(zhǎng)為136mm,80×6的銅排周長(zhǎng)為172mm。

3結(jié)語(yǔ)

斷路器溫升是影響其可靠性和壽命的一個(gè)主要因素,通過(guò)對(duì)其發(fā)熱原理的解析,經(jīng)過(guò)試驗(yàn)摸底,對(duì)與斷路器接線(xiàn)端子搭接的銅排進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn),在保證經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上,能夠有效降低溫升,提高斷路器的可靠性指標(biāo),從而為風(fēng)電專(zhuān)用箱變的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力保障。