陳世昌

(廣東電網(wǎng)公司東莞供電局，東莞 523000)

淺析10kV手車式金屬封閉開關(guān)柜觸頭發(fā)熱原因及對(duì)策

陳世昌

(廣東電網(wǎng)公司東莞供電局，東莞 523000)

通過一起10kV手車式金屬封閉開關(guān)柜觸頭過熱故障的技術(shù)分析，對(duì)各種可能導(dǎo)致觸頭過熱的原因進(jìn)行定位排查，提出幾種預(yù)防此類事故的措施和建議，以供讀者參考。

開關(guān)柜;觸頭;過熱;對(duì)策

1 引言

10kV手車式金屬封閉開關(guān)柜結(jié)構(gòu)緊湊、占地省、操作方便、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)發(fā)電、變電、配電系統(tǒng)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。但手車式金屬封閉開關(guān)柜體積小、散熱條件較差，尤其是在靜觸頭室內(nèi)散熱更加困難，而且難于對(duì)運(yùn)行中手車式金屬封閉開關(guān)柜導(dǎo)體觸頭溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，內(nèi)部發(fā)熱故障隱蔽性強(qiáng)。近年來，運(yùn)行中的手車式金屬封閉開關(guān)柜發(fā)生多起觸頭發(fā)熱故障，對(duì)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來沖擊。本文通過對(duì)一起10kV手車式金屬封閉開關(guān)柜觸頭發(fā)熱故障調(diào)查，對(duì)引起故障的原因進(jìn)行深入分析，并由此提出幾種預(yù)防此類事故的措施和建議，以供讀者參考。

2 金屬封閉開關(guān)柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

金屬封閉開關(guān)柜的一次設(shè)備分布在4個(gè)相互獨(dú)立的隔室內(nèi)，分別為母線室、斷路器手車室、電纜室、繼電器儀表室，如圖1所示。開關(guān)柜除實(shí)現(xiàn)電氣連接、控制、通風(fēng)而必須在隔板上開孔外，所有隔室呈封閉狀態(tài)。在出線室有連接出線電纜的3個(gè)主接頭與其他多個(gè)電氣連接點(diǎn)。以上所說連接點(diǎn)直接流過負(fù)荷電流，當(dāng)負(fù)荷較大時(shí)存在隱患的連接點(diǎn)就會(huì)發(fā)熱。由于發(fā)熱點(diǎn)在密封柜內(nèi)，運(yùn)行中的柜門禁止打開，運(yùn)行人員無法通過正常的監(jiān)視手段發(fā)現(xiàn)內(nèi)部發(fā)熱缺陷。一旦觸頭發(fā)熱嚴(yán)重時(shí)必然造成事故發(fā)生，影響系統(tǒng)安全運(yùn)行。

圖1 手車式金屬封閉開關(guān)柜結(jié)構(gòu)示意圖

3 一起金屬封閉開關(guān)柜發(fā)熱故障調(diào)查

3.1 現(xiàn)場(chǎng)故障情況調(diào)查

2012年4月25日8時(shí)28分，某站2#主變10kV側(cè)5020刀閘小車運(yùn)行過程中出現(xiàn)三相短路故障導(dǎo)致2#主變差動(dòng)保護(hù)差動(dòng)電流速斷保護(hù)動(dòng)作，跳開2#主變變高102開關(guān)、變低502甲、502乙開關(guān)，故障差動(dòng)電流為7.15A(二次值)，折合一次電流峰值為4290A?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)5020刀閘手車B相靠主變側(cè)靜觸頭有明顯燒蝕痕跡，動(dòng)觸頭梅花觸指僅剩余9只梅花觸指(共有32只觸指)，其余部分均已燒毀，刀閘小車后部存在明顯的相間短路放電痕跡，靜觸頭室及后部母線排CT均有明顯熏黑跡象，如圖2、圖3所示。

圖2 B相下動(dòng)觸頭梅花觸指嚴(yán)重?zé)龤В瑑H剩9個(gè)觸指

圖3 刀閘導(dǎo)電桿后部存在明顯放電痕跡，為三相短路點(diǎn)

3.2 故障原因初步判斷

故障前，站內(nèi)無任何進(jìn)行開關(guān)分合或刀閘操作，相關(guān)線路亦無雷擊狀況，5020刀閘負(fù)荷電流為約為1709A，僅為其額定電流的54.3%，可排除過電壓或過負(fù)荷導(dǎo)致故障的可能性。綜合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與保護(hù)故障錄波圖分析，將設(shè)備故障過程分析如下(大概分為三個(gè)階段):

(1)初始階段:因5020刀閘動(dòng)觸頭梅花觸指與靜觸頭接觸不良，甚至是虛接，負(fù)荷電流僅流過接觸良好部分的觸指，導(dǎo)致這部分觸指的載流量超出其額定值，引起觸指的持續(xù)發(fā)熱，由于刀閘靜觸頭室相對(duì)密封，持續(xù)發(fā)熱產(chǎn)生的熱量無法及時(shí)疏散，引起動(dòng)、靜觸頭溫度持續(xù)上升;

(2)發(fā)展階段:溫度的上升使得動(dòng)觸頭壓緊彈簧產(chǎn)生膨脹導(dǎo)致其對(duì)觸指壓力下降，引起刀閘動(dòng)靜觸頭接觸電阻增大。根據(jù)熱量與電流的關(guān)系式Q=I2Rt可知:在同等負(fù)荷條件下，當(dāng)動(dòng)靜觸頭的接觸電阻越大，產(chǎn)生的熱量就越多，靜觸頭室內(nèi)的溫度也就越高。過高的環(huán)境溫度使得部分觸指開始熔化，甚至壓緊彈簧在此階段也可能出現(xiàn)熔斷，從而導(dǎo)致載流觸指數(shù)量進(jìn)一步下降，導(dǎo)致剩余觸指載流量嚴(yán)重超出其設(shè)計(jì)的額定值。至此，觸指發(fā)熱進(jìn)入了惡性循環(huán)階段;

(3)相間短路階段:靜觸頭室的高溫使得梅花觸指不斷熔化，空氣中出現(xiàn)汽化的銅粒子，急劇膨脹的空氣帶著銅粒子沖出靜觸頭室到達(dá)刀閘小車導(dǎo)電桿部位，從而導(dǎo)致5020刀閘相間空氣絕緣強(qiáng)度下降形成導(dǎo)電通道，引起相間短路故障。

4 金屬封閉開關(guān)柜觸頭發(fā)熱原因分析

觸頭導(dǎo)體接觸不良或載流量遠(yuǎn)超出額定值是造成發(fā)熱的直接原因。在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中，產(chǎn)生觸頭發(fā)熱的主要原因有:產(chǎn)品質(zhì)量缺陷如:設(shè)備安裝工藝不良，導(dǎo)致觸頭接觸電阻超出管理值;金屬封閉柜內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致散熱不良;負(fù)荷急劇多變等原因。

4.1 產(chǎn)品質(zhì)量缺陷

設(shè)備材質(zhì)的選擇不當(dāng)，觸頭載流量設(shè)計(jì)容量不足或裝配質(zhì)量不過關(guān)均可能引起發(fā)熱。如若小車式開關(guān)動(dòng)觸頭的位置與靜觸頭的位置存在偏差，開關(guān)進(jìn)入工作位置時(shí)觸頭部分就會(huì)接觸不良，從而引起發(fā)熱。

4.2 金屬封閉開關(guān)柜通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理

金屬封閉開關(guān)柜體積小，內(nèi)部部件緊湊，熱源集中，本身散熱條件就是短板。如若通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)體正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量無法快速疏散，長(zhǎng)期積累在開關(guān)柜內(nèi)部各室內(nèi)，將導(dǎo)致柜內(nèi)溫度的持續(xù)上升。

5 建議措施

金屬封閉開關(guān)柜觸頭發(fā)熱是日常生產(chǎn)不可避免的難題，結(jié)合其結(jié)構(gòu)特征，我們可以從如下幾個(gè)方面入手減少觸頭發(fā)熱情況，防止惡性事故發(fā)生，提高電網(wǎng)運(yùn)行可靠性。

(1)增加通風(fēng)孔或加裝強(qiáng)制冷卻裝置，以利于空氣流通，提高散熱能力。金屬封閉開關(guān)柜設(shè)備主要依靠對(duì)流散熱，在熱對(duì)流傳遞中，熱量傳遞的數(shù)量與熱對(duì)流系數(shù)、有效接觸面積和溫度差呈正比關(guān)系;熱對(duì)流系統(tǒng)越高、有效接觸面積越大、溫度差越高，所能帶走的熱量也就越多。由于有效接觸面積一定，環(huán)境溫度只能通過提高熱對(duì)流系數(shù)來改進(jìn)散熱效果。因此需要應(yīng)完善其自然通風(fēng)系統(tǒng)，在開關(guān)柜的電纜室、母線室、斷路器室采取底部進(jìn)風(fēng)、頂部排風(fēng)的專門通風(fēng)通道的設(shè)計(jì)方式，使設(shè)備在運(yùn)行中發(fā)生的熱量能有專門通風(fēng)通道釋放，必要時(shí)還可以加裝強(qiáng)制冷卻裝置來提高散熱能力。

(2)嚴(yán)格把好新設(shè)備入網(wǎng)前的驗(yàn)收關(guān)。對(duì)金屬封閉開關(guān)柜觸頭的材料選擇，觸指載流量的設(shè)計(jì)等參數(shù)進(jìn)行校核，嚴(yán)格按照產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求對(duì)安裝工藝進(jìn)行驗(yàn)收。開關(guān)柜導(dǎo)體接觸面應(yīng)平整光滑，各部位壓緊螺絲應(yīng)符合相關(guān)力矩要求，孔眼與螺栓之間不應(yīng)有過大縫隙，保證手車動(dòng)觸頭插入深度，并且接觸良好?，F(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)時(shí)應(yīng)測(cè)量主回路導(dǎo)電回路電阻，測(cè)量值應(yīng)與出廠前無明顯差別，從而保證觸頭不因接觸不良造成過度發(fā)熱。

(3)積極研究金屬封閉開關(guān)柜觸頭溫度監(jiān)測(cè)新技術(shù)。隨著傳感器技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、新材料技術(shù)日益成熟，實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜觸頭溫度精確在線監(jiān)測(cè)成成為了可能。例如預(yù)裝設(shè)光纖式測(cè)溫裝置、無線測(cè)溫裝置等措施，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)柜內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀況，在觸頭發(fā)熱故障初始階段就進(jìn)行狀態(tài)維護(hù)，從而實(shí)現(xiàn)金屬封閉開關(guān)柜安全穩(wěn)定運(yùn)行。

6 結(jié)語

金屬封閉開關(guān)柜雖然具有許多優(yōu)點(diǎn)，但由于體積小，散熱空間小，存在散熱困難的特點(diǎn)。因此應(yīng)對(duì)金屬封閉開關(guān)柜，特別是大電流柜上不進(jìn)行通風(fēng)改造，必要時(shí)在運(yùn)行中加裝強(qiáng)冷卻裝置以加強(qiáng)散熱。有條件的地區(qū)可以裝設(shè)在線測(cè)溫裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)柜內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀況。通過這些措施可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)與預(yù)防開關(guān)柜內(nèi)部設(shè)備載流故障發(fā)生，提高設(shè)備運(yùn)行可靠性。

［1］ 徐國(guó)政.高壓斷路器原理和應(yīng)用［M］．北京:清華大學(xué)出版社，2000．

［2］ DL/T664－2008帶電設(shè)備紅外診斷技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)則［S］．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008．

［3］ GB/T 11022－1999高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共同技術(shù)要求［S］．北京:中國(guó)電力出版社，1999．

［4］ 王宏，張鐵10kV高壓開關(guān)柜常見故障分析和對(duì)策實(shí)施［J］．中國(guó)電力教育，2008．

［5］ 張寶星，一起10kV開關(guān)柜發(fā)熱異常的原因分析及對(duì)策［J］廣東輸電與變電技術(shù)，2010(2)．

The Reason and Countermeasure of the Contact Heating of 10kV M etal Sw itch Cubicle

CHEN Shi-chang
(Dongguan Power Supply Bureau，Guangdong Grid，Dongguan 523000，China)

By technical analysis to the contact overheat fault of10kV handcart closed metal switch cubicle，various reasons that lead to the contact overheathave been fixed and checked up．The paper puts forward severalmeasures and suggestions for preventing the faults，for your reference．

switch cubicle;contact;overheat;countermeasure

TM591

B

1004－289X(2013)03－0077－03

2012－06－15

陳世昌(1981－)，男，本科，畢業(yè)于華北電力大學(xué)，電氣試驗(yàn)技師，助理工程師長(zhǎng)期從事現(xiàn)場(chǎng)高壓試驗(yàn)技術(shù)的研究。