保定供電公司 張遠(yuǎn)超 薛 強(qiáng) 劉元浩 周開封 佟智勇

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開關(guān)柜全回路電阻測(cè)試方法

保定供電公司 張遠(yuǎn)超 薛 強(qiáng) 劉元浩 周開封 佟智勇

【摘要】通過分析開關(guān)柜內(nèi)一次設(shè)備的過熱原因，在單個(gè)設(shè)備直流電阻測(cè)試的基礎(chǔ)上，提出開關(guān)柜全回路電阻測(cè)試法的概念，并使用該方法測(cè)試開關(guān)柜內(nèi)一次設(shè)備全回路電阻，判斷全回路內(nèi)一次設(shè)備接觸情況，查找可能存在的過熱缺陷。

【關(guān)鍵詞】開關(guān)柜；全回路；電阻

引言

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，變電站開關(guān)柜設(shè)備增長(zhǎng)迅速，開關(guān)柜內(nèi)一次設(shè)備過熱故障所占設(shè)備缺陷比例逐年上升。開關(guān)柜長(zhǎng)期在高溫度情況下運(yùn)行容易加速絕緣件的老化，縮短設(shè)備接頭使用壽命，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致放電事故。

開關(guān)柜內(nèi)一次設(shè)備發(fā)熱隱患可以通過不停電溫度監(jiān)測(cè)直接診斷，也可以通過停電直流電阻測(cè)試間接診斷。開關(guān)柜內(nèi)溫度檢驗(yàn)方法在實(shí)際應(yīng)用中存在局限性，而傳統(tǒng)的直流電阻測(cè)試方法只能測(cè)量單臺(tái)斷路器或隔離開關(guān)的數(shù)據(jù)。本文提出開關(guān)柜全回路電阻概念，探索使用開關(guān)柜全回路電阻測(cè)試方法判斷開關(guān)柜內(nèi)一次設(shè)備過熱缺陷的可行性。

1 開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備發(fā)熱情況分析

開關(guān)柜內(nèi)導(dǎo)體在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生熱能。根據(jù)公式：

式中Q為時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量；i(t)為連接頭的負(fù)載電流，R為接觸電阻,i為等效發(fā)熱電流?？梢?，在相同的時(shí)間內(nèi)，發(fā)熱量是由導(dǎo)體電阻和負(fù)載等效電流決定的。當(dāng)開關(guān)柜內(nèi)導(dǎo)體接觸面電阻異常增大時(shí)，會(huì)在單位時(shí)間內(nèi)造成明顯溫升，我們稱之為開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備過熱。過熱會(huì)引起設(shè)備絕緣急劇下降最終導(dǎo)致放電事故。

開關(guān)柜內(nèi)各部件最大允許溫升見表1。

表1　開關(guān)柜各部件最大允許溫升

2 開關(guān)柜內(nèi)發(fā)熱診斷檢測(cè)技術(shù)

開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備發(fā)熱診斷檢測(cè)技術(shù)根據(jù)設(shè)備停電與否可以分為停電檢測(cè)和帶電檢測(cè)，其中帶電檢測(cè)包括紅外測(cè)溫法、無線測(cè)溫法、光纖光柵測(cè)溫法等；而停電檢測(cè)主要是指在停電條件下對(duì)設(shè)備進(jìn)行直流電阻檢測(cè)，測(cè)溫貼片法由于直接粘貼于開關(guān)柜內(nèi)部導(dǎo)電設(shè)備接頭上，在不停電條件下只能通過觀察窗看到有限部位貼片的顏色變化，因而也屬于停電檢測(cè)。下面對(duì)幾種開關(guān)柜內(nèi)發(fā)熱診斷檢測(cè)方法分別進(jìn)行論述。

2.1 紅外測(cè)溫法

一切高于絕對(duì)零度的物體由于熱運(yùn)動(dòng)都會(huì)向外發(fā)出波段在0.75-100μm的紅外輻射，紅外測(cè)溫法就是使用紅外測(cè)溫儀測(cè)量物體表面紅外輻射能量，將之轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并最終換算為被測(cè)目標(biāo)的溫度值的一種測(cè)溫方法。紅外測(cè)溫法是一種非接觸式測(cè)溫方法，可以在滿足不停電工作安全距離的前提下帶電檢測(cè)開關(guān)柜溫度具備測(cè)量范圍廣、精度高的優(yōu)點(diǎn)。但是使用紅外測(cè)溫法只能測(cè)量開關(guān)柜外殼溫度，如果想診斷開關(guān)柜內(nèi)部元件發(fā)熱情況只能采取帶電拆卸開關(guān)柜外殼的方法，存在安全風(fēng)險(xiǎn)、可行性低。

2.2 無線測(cè)溫法

無線測(cè)溫法屬于微電子技術(shù)一個(gè)創(chuàng)新，它通過無線傳感技術(shù)連接各個(gè)元件單元，并進(jìn)行信息傳遞和命令傳輸。開關(guān)柜無線測(cè)溫法是將專用測(cè)溫探頭植入開關(guān)柜內(nèi)部，檢測(cè)開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備溫度，并通過無線傳輸將結(jié)果輸出到計(jì)算機(jī)終端的一種測(cè)溫方法。使用無線測(cè)溫法測(cè)量開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備溫度具有智能自動(dòng)化、監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)化的特點(diǎn)，但是無線感應(yīng)模塊電源供給方面存在硬傷。使用感應(yīng)電源，存在電源供給不足問題；而使用電池電源則會(huì)嚴(yán)重受制于電池質(zhì)量壽命，難以大面積推廣。

2.3 光纖光柵測(cè)溫法

光纖光柵測(cè)溫法是基于光纖測(cè)溫法的一種改進(jìn)方法。光纖光柵測(cè)溫法的原理是通過光纖傳感器與被測(cè)對(duì)象相互作用而產(chǎn)生光信息，并經(jīng)—個(gè)或多個(gè)光纖引線和信號(hào)調(diào)節(jié)裝置，傳輸光信號(hào)完成測(cè)量。光纖光柵測(cè)溫法優(yōu)點(diǎn)在于受環(huán)境干擾小、測(cè)溫精度很高，缺點(diǎn)是成本高，不利于在變電站內(nèi)推廣使用。

2.4 測(cè)溫貼片法

測(cè)溫貼片法是利用測(cè)溫貼片在高溫下變色的特性，通過定期檢查粘貼在設(shè)備接頭的試溫蠟片顏色，來判斷該部位是否存在過熱缺陷的一種測(cè)溫方法。測(cè)溫貼片法用于檢測(cè)開關(guān)柜內(nèi)元件發(fā)熱隱患具有前期投入成本低、效果直觀等優(yōu)點(diǎn)，但也有一定局限性。

a.測(cè)溫貼片在某一溫度值發(fā)生變色，但是不能反映出設(shè)備實(shí)際發(fā)熱溫度，無法診斷設(shè)備發(fā)熱劣化程度，對(duì)于設(shè)備正常發(fā)熱與設(shè)備缺陷過熱造成的貼片變色難以區(qū)分。b.全封閉金屬鎧裝開關(guān)柜缺少足夠的觀察孔，無法帶電檢測(cè)全部測(cè)溫貼片變色情況，而結(jié)合其他停電計(jì)劃進(jìn)行檢測(cè)會(huì)增大工作量、嚴(yán)重影響工時(shí)進(jìn)度。

2.5 直流電阻檢測(cè)法

直流電阻檢測(cè)法是通過回路電阻測(cè)試儀，采用100A大電流法直接測(cè)量被測(cè)設(shè)備電阻值來判斷其運(yùn)行狀態(tài)是否會(huì)產(chǎn)生過熱一種間接測(cè)試方法。由公式：可知單位時(shí)間內(nèi)承受恒定負(fù)荷的開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備異常溫升主要由設(shè)備接觸電阻增大導(dǎo)致，因而設(shè)備接觸電阻測(cè)試結(jié)果可以用于判斷設(shè)備是否存在過熱。一般來說，單個(gè)設(shè)備接觸面接觸電阻不應(yīng)大于20μA。傳統(tǒng)的直流電阻測(cè)試法只是測(cè)量開關(guān)柜內(nèi)某一元件的接觸電阻，不能用于診斷開關(guān)柜內(nèi)所有一次設(shè)備是否存在過熱隱患。

3 開關(guān)柜全回路電阻測(cè)試方法介紹

開關(guān)柜全回路電阻是指在柜內(nèi)開關(guān)、刀閘（手車）均在合閘位置時(shí)測(cè)得自主變低壓側(cè)進(jìn)線至各線路出線端的回路電阻。

3.1 測(cè)試步驟

開關(guān)柜全回路電阻測(cè)試步驟為：a.將一段母線上所有被測(cè)斷路器及兩側(cè)刀閘（手車）均置于合閘位置；b.選擇測(cè)試基準(zhǔn)點(diǎn),將測(cè)試鉗1夾于A相, 將另一測(cè)試鉗2夾于待測(cè)間隔出線刀閘電纜頭處A相，測(cè)試后記錄直流電阻數(shù)據(jù)，順序進(jìn)行下一間隔A相測(cè)試；c.全部測(cè)試后將基準(zhǔn)點(diǎn)倒至B相，順序測(cè)試所有B相完畢后，再按以上測(cè)試順序測(cè)試全部間隔C相回路電阻。

具體測(cè)試方法見圖1。

圖1　開關(guān)柜全回路電阻測(cè)試示意圖

3.2 測(cè)試結(jié)果分析

對(duì)經(jīng)開關(guān)柜全回路電阻測(cè)試得出的數(shù)據(jù)結(jié)果比對(duì)分析如下：

a.將本間隔A、B、C相別回路電阻進(jìn)行比對(duì)觀察有無顯著差異。通過對(duì)比同一間隔設(shè)備三相回路電阻值，可以判斷出某一相或兩相回路設(shè)備是否存在接觸不良，是否可能在運(yùn)行中發(fā)熱。考慮到三相回路中連接設(shè)備引線長(zhǎng)度的差異，此項(xiàng)工作應(yīng)比較三相測(cè)量結(jié)果的數(shù)量級(jí)，而不是要求三相測(cè)量結(jié)果完全一致。

b.將所有不同間隔各回路每相回路電阻進(jìn)行比對(duì)觀察有無顯著差異。對(duì)回路電阻（最大值-最小值）／最大值≥10%的回路進(jìn)行進(jìn)一步檢查直至找出差異點(diǎn)。

表2　東亭變電站10kV開關(guān)柜全回路電阻

本步驟所列公式為檢驗(yàn)各相鄰間隔回路電阻差異性的經(jīng)驗(yàn)公式，由于相鄰間隔開關(guān)柜所經(jīng)過的一次電氣元件類似，只有引線長(zhǎng)度的差異，故可以用此方法判斷是否存在三相接觸不良過熱情況。

c.對(duì)基建安裝投運(yùn)前已進(jìn)行測(cè)試的開關(guān)柜將測(cè)試結(jié)果和投運(yùn)前測(cè)試的初始值比對(duì)觀察直阻變化趨勢(shì)對(duì)有偏差超過10%的間隔相別進(jìn)行進(jìn)一步分段查找。

3.3 案例分析

在2013年預(yù)防性試驗(yàn)工作中，發(fā)現(xiàn)110kV某變電站10kV開關(guān)柜內(nèi)一次設(shè)備全回路電阻數(shù)據(jù)異常，選取測(cè)量基準(zhǔn)位置10kV1號(hào)母線進(jìn)線套管處，具體數(shù)據(jù)為見表2。

XX變電站設(shè)備為2009年9月11日投運(yùn)的KYN28A-12型開關(guān)柜，投運(yùn)時(shí)間較晚，開關(guān)柜全回路電阻測(cè)試記錄高達(dá)到2700μΩ，與出廠數(shù)據(jù)對(duì)比明顯異常。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)在532間隔起B(yǎng)相全回路電阻激增，判斷在531至532間母線以及532間隔可能存在接觸面接觸不良。最終經(jīng)過回路電阻分段測(cè)量排查出故障點(diǎn)為532開關(guān)柜上方B相母線接頭螺絲未擰緊。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)處理后對(duì)開關(guān)柜全回路電阻進(jìn)行復(fù)測(cè)恢復(fù)正常，測(cè)試結(jié)果見表3。

表3　處理后東亭變電站10kV開關(guān)柜全回路電阻

4 結(jié)語

本文針對(duì)開關(guān)柜內(nèi)一次設(shè)備過熱問題，提出了一種利用開關(guān)柜全回路電阻測(cè)試法，宏觀檢驗(yàn)整段母線所屬開關(guān)柜內(nèi)一次設(shè)備有無接觸不良過熱的方法。此方法能夠結(jié)合例行試驗(yàn)工作，全面排查開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備過熱隱患，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果與預(yù)期相符，認(rèn)為此方法值得推廣。

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