李曉東

【摘 要】10kV中置式大電流隔離柜作為電網(wǎng)主要的中壓設(shè)備之一，在變電站的配置數(shù)量比斷路器柜少，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。但從運(yùn)行情況看，其質(zhì)量缺陷不容忽視，特別是因觸頭溫升超標(biāo)導(dǎo)致的故障屢有發(fā)生。通過綜合分析故障原因，提出了有效控制措施，確保電網(wǎng)與設(shè)備安全可靠運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】大電流隔離柜；觸頭；溫升；控制措施

0.引言

中置移開式金屬封閉開關(guān)柜具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作便捷、柜體抗腐蝕、手車互換性好、運(yùn)行安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各變電站。大電流隔離手車主要用于中置式主變進(jìn)線柜和母分聯(lián)絡(luò)柜，在分閘（試驗(yàn)）位置時(shí)，觸頭間有符合規(guī)定要求的絕緣距離和明顯的斷開標(biāo)志；在合閘（工作）位置時(shí)，和斷路器手車一樣，通過梅花觸頭與柜內(nèi)靜觸頭嚙合，承載正?；芈窏l件下的電流和在規(guī)定時(shí)間內(nèi)異常條件（例如短路）下的電流[1]。但由于隔離手車無滅弧室，不具備關(guān)合、開斷額定短路電流能力，一般不要求作配柜型式試驗(yàn)。與額定電流4000A的10kV斷路器需帶強(qiáng)制風(fēng)冷不同，工作時(shí)常不配散熱風(fēng)機(jī)。因此，大電流隔離柜雖然結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但在運(yùn)行中容易出故障，需要我們對(duì)其質(zhì)量和性能加以重視。

1.故障情況

2012年，某變電站#1主變10kV進(jìn)線隔離柜爆炸，隔離手車和觸頭盒均被不同程度燒毀，故障點(diǎn)見圖1、2所示，同一開關(guān)室的其它斷路器柜狀態(tài)良好。

故障發(fā)生時(shí)刻系統(tǒng)運(yùn)行方式是上級(jí)變電站通過110kV線路1送本站Ⅰ段母線帶#1主變負(fù)荷，由110kV線路2送本站Ⅱ段母線帶#2主變負(fù)荷，本站高低壓側(cè)分列運(yùn)行，即110kV母分開關(guān)和10kV母分開關(guān)熱備用。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，變電站10kV進(jìn)線隔離柜頂部母線橋被高溫?zé)煔庾苽概艧峥s套大部分被燒毀。儀表室被濃煙熏黑，其它基本完好。隔離手車B相上觸頭和母線室A、B相觸頭盒被嚴(yán)重?zé)龤?。電流互感器及?lián)絡(luò)銅排無明顯受損痕跡。

從收集到的錄波報(bào)文分析，首先在差動(dòng)保護(hù)區(qū)外發(fā)生A、B相短路故障，16ms后發(fā)展成為差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)A、B、C三相短路故障，#1主變比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開#1主變10kV開關(guān)、#1主變110kV開關(guān)， #1主變高低后備保護(hù)告警[2]。

2.原因分析

從故障情況看，初步推斷在隔離柜運(yùn)行時(shí)，A、B相動(dòng)靜觸頭由于接觸不良導(dǎo)致長(zhǎng)期過熱，加上觸頭盒為半封閉結(jié)構(gòu)，內(nèi)部對(duì)流緩慢，且柜內(nèi)未裝風(fēng)機(jī)，散熱不暢，觸頭溫升超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。熱量被不斷傳導(dǎo)至觸頭盒、絕緣筒等處，其絕緣逐漸老化，動(dòng)靜觸頭等部件燒熔最終引燃了阻燃性能不良的A、B相觸頭盒，產(chǎn)生灼熱煙氣[3]，空氣電離產(chǎn)生弧光漂移，發(fā)展為相間短路和三相短路。

經(jīng)綜合分析，引起觸頭溫升超標(biāo)的5個(gè)主要因素是：

（1）動(dòng)靜觸頭存在同軸度偏差，接觸電阻超標(biāo)。大電流隔離手車較重，容易存在同軸度偏差，剛使用時(shí)由于觸頭間可能仍保持有部分良好接觸，接觸電阻測(cè)試未見明顯異常。運(yùn)行前每次將手車強(qiáng)行推入，造成觸頭間受力不均，接觸面積變小，從而使手車動(dòng)靜觸頭不能完全接觸形成相應(yīng)的空隙，電流在此處形成局部放電，劇烈發(fā)熱升溫[4]。

動(dòng)靜觸頭同軸度偏差有的是產(chǎn)品在工廠制造過程就已存在，由于技術(shù)把關(guān)、工藝執(zhí)行、檢驗(yàn)調(diào)試等質(zhì)量控制措施不到位引起；有的是設(shè)備在運(yùn)輸、就位、安裝和運(yùn)行過程因作業(yè)不當(dāng)產(chǎn)生變形而導(dǎo)致，如主母線過度牽引分支母線使靜觸頭額外受力、土建基礎(chǔ)不平整以及違反操作規(guī)程手車觸臂受到撞擊等。

（2）引起動(dòng)靜觸頭接觸電阻過大的其它原因：除了觸頭同軸度因素，如果運(yùn)行環(huán)境惡劣或使用維護(hù)不當(dāng)，接觸面有塵埃、氧化、腐蝕現(xiàn)象，觸頭固定螺栓松動(dòng)，動(dòng)靜觸頭嚙合深度不足或過度，觸頭材質(zhì)差電阻率高，動(dòng)觸頭觸指彈簧因受熱退火嚴(yán)重失去彈性或斷裂等，均會(huì)使接觸電阻增大。

（3）隔離手車載流銅排或柜內(nèi)連接銅排電阻率較高，所發(fā)熱量被不斷傳導(dǎo)至觸頭處，使其溫升超標(biāo)。

（4）散熱不暢。柜子結(jié)構(gòu)緊湊、內(nèi)部狹窄，又需滿足IP4X防護(hù)等級(jí)要求，同時(shí)，觸頭盒為半封閉結(jié)構(gòu)，柜內(nèi)未強(qiáng)制通風(fēng)等均使熱量無法很好的散發(fā)。

（5）運(yùn)行監(jiān)控和性能檢測(cè)手段不足。由于柜內(nèi)密閉、視野被手車面板和柜體阻擋，不能直接觀測(cè)動(dòng)靜觸頭接觸情況，也無法進(jìn)行紅外測(cè)溫；受柜體結(jié)構(gòu)和技術(shù)手段所限，隔離手車在工作位置時(shí)，動(dòng)靜觸頭同軸度檢測(cè)較困難，加上未安裝無線測(cè)溫裝置，所以局限于定期檢測(cè)接觸電阻對(duì)其進(jìn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)外，未能采取更多技術(shù)手段確保觸頭溫升處于有效在控狀態(tài)。

3.控制措施

為控制隔離柜觸頭溫升，降低設(shè)備運(yùn)行故障率，采取了以下措施：

（1）采用專門設(shè)備檢測(cè)動(dòng)靜觸頭同軸度。針對(duì)以往無法有效檢測(cè)隔離手車觸頭嚙合問題，設(shè)計(jì)了一種同軸度檢查小車。小車具有與隔離（斷路器）手車相同外形尺寸；其底盤結(jié)構(gòu)與實(shí)際運(yùn)行的小車底盤結(jié)構(gòu)一致；面板采用厚度不小于8mm的高強(qiáng)度透明鋼化玻璃板，有良好的觀察視野；導(dǎo)電臂和動(dòng)觸頭均采用絕緣材料制作，安裝位置與實(shí)際運(yùn)行的小車相同；絕緣動(dòng)觸頭與靜觸頭之間滿足規(guī)定的公差配合要求，以此來確定其內(nèi)徑大?。唤^緣動(dòng)觸頭內(nèi)壁還刻有刻度，可模擬檢查靜觸頭插入梅花觸指的深度；檢測(cè)照明采用由9V疊層電池供電的LED裝置。小車外觀見圖3所示。

檢測(cè)前，先測(cè)量隔離（斷路器）手車、柜內(nèi)手車導(dǎo)軌及觸頭盒安裝尺寸，確認(rèn)其滿足技術(shù)要求；同軸度檢查小車需定期做尺寸精度測(cè)量和絕緣測(cè)試等校驗(yàn)工作。應(yīng)注意的是，若柜內(nèi)帶電，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行電力安全規(guī)程，做好各項(xiàng)安全措施。檢測(cè)時(shí)，搖動(dòng)小車操作手柄，使小車緩慢推進(jìn)至工作位置，通過動(dòng)靜觸頭嚙合，檢查同軸度和插入深度。檢測(cè)后，根據(jù)偏差情況進(jìn)行同軸度等調(diào)整。

（1）技術(shù)設(shè)計(jì)改進(jìn)，加裝主母線支柱絕緣子，使靜觸頭不額外受力。運(yùn)輸、安裝作業(yè)要科學(xué)合理，避免設(shè)備受損或變形。嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行維護(hù)。

（2）有效降低動(dòng)靜觸頭接觸電阻的其它措施：保證開關(guān)柜生產(chǎn)車間和開關(guān)室清潔、無塵和干燥。在觸頭裝配、維護(hù)過程中應(yīng)注意人體防護(hù)（皮膚、毛發(fā)、化妝品油脂、汗?jié)n等）[5]。檢修時(shí)，檢查動(dòng)靜觸頭嚙合深度和彈簧壓力，及時(shí)更換有質(zhì)量缺陷的元件。規(guī)范試驗(yàn)方法，測(cè)量主回路電阻時(shí)，不能將測(cè)試電源直接施加在觸指彈簧或彈片上或讓測(cè)試電流通過觸指彈簧或彈片，應(yīng)在靜觸頭插入梅花觸指情況下，將測(cè)試電源施加在靜觸頭上[6]，避免彈簧或彈片因過流發(fā)熱而損壞。制造廠加強(qiáng)對(duì)元器件的質(zhì)量管控，重點(diǎn)檢測(cè)分析元件材質(zhì)、加工尺寸和鍍銀層厚度等性能。改進(jìn)技術(shù)工藝，絕緣筒采用APG固封澆注結(jié)構(gòu)，手車絕緣筒載流銅排改為鍍銀銅柱。嚴(yán)格落實(shí)裝配要求，觸頭、銅排等重要連接部位使用高強(qiáng)度的8.8級(jí)固定螺栓，按規(guī)定力矩緊固并做好標(biāo)記。

（3）使用一體化鋁合金手車導(dǎo)軌。目前，額定電流3150A及以下中置柜用的鋁合金導(dǎo)軌通過了國(guó)家權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)，4000A中置柜的鋁合金手車導(dǎo)軌在研制過程中。提高手車導(dǎo)軌的整體精度將有利于確保動(dòng)靜觸頭同軸度。

（4）換用防阻燃絕緣件。購(gòu)買采用良好阻燃性能的V0級(jí)絕緣材質(zhì)制造的觸頭盒、觸臂和絕緣筒。對(duì)絕緣件加做局放檢測(cè)，防止絕緣件因氣泡殘留在使用中過熱爆裂擴(kuò)大事故。

（5）隔離柜頂或手車室底部加裝散熱風(fēng)機(jī)，由電流繼電器或溫控器啟動(dòng)，加快重點(diǎn)發(fā)熱部位散熱速度。

（6）在隔離手車動(dòng)觸臂適當(dāng)位置安裝無線測(cè)溫裝置，提高溫升在線監(jiān)測(cè)水平。

（7）編制開關(guān)（隔離）柜運(yùn)行維護(hù)手冊(cè)，制定狀態(tài)評(píng)價(jià)和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)發(fā)現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)應(yīng)結(jié)合歷年缺陷、異常記錄和巡檢記錄進(jìn)行綜合分析。

（8）制造廠加強(qiáng)對(duì)斷路器手車、隔離手車的性能檢測(cè)，設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)化手車、柜架校驗(yàn)檢測(cè)平臺(tái)。

4.結(jié)語

10kV中置式大電流隔離柜作為電網(wǎng)主要的中壓設(shè)備之一，在變電站的配置數(shù)量比斷路器柜少，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。但從運(yùn)行情況看，其質(zhì)量缺陷不容忽視，特別是因觸頭溫升超標(biāo)導(dǎo)致的故障屢有發(fā)生。通過綜合分析故障原因，提出了控制觸頭同軸度、降低接觸電阻、規(guī)范試驗(yàn)方法、加強(qiáng)在線監(jiān)測(cè)等技術(shù)、管理措施，確保電網(wǎng)與設(shè)備安全可靠運(yùn)行。各變電站大電流隔離柜經(jīng)技術(shù)改進(jìn)，運(yùn)行情況良好，說明上述質(zhì)量控制措施是有效的。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]DL/T 486-2010 高壓交流隔離開關(guān)和接地開關(guān)[S].

[2]金華電業(yè)局調(diào)度所.變電站#1主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作分析報(bào)告[R].金華電業(yè)局調(diào)度所，2012.

[3]楊洪玉，林樂亭.落地式手車真空開關(guān)柜運(yùn)行中應(yīng)注意的幾個(gè)問題[J].吉林電力，2002（4）：56.

[4]林茂基.高壓開關(guān)柜的發(fā)熱處理與防控[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2012（22）：55-57.

[5]柏小平，李國(guó)偉，翁桅，等.電觸頭表面狀態(tài)對(duì)接觸電阻的影響和改善方法[J].電工材料，2013（1）：10-15，23.

[6]廈門ABB開關(guān)有限公司.VD4真空斷路器安裝使用說明書[Z].