DQZHAN技術(shù)訊：知識！高壓開關(guān)柜內(nèi)部發(fā)熱隱患分析及預(yù)防
柜內(nèi)設(shè)備因運(yùn)維、檢修問題導(dǎo)致發(fā)熱
1、高壓開關(guān)柜出線室底板發(fā)熱導(dǎo)致電纜故障
案例
某llOkV變電站僅有1臺主變壓器。某日，報(bào)出“35kV母線接地”信號,檢查為A相故障；接著35kV出線PD線和PW線同時(shí)由過流I段保護(hù)動(dòng)作跳閘。現(xiàn)場檢査設(shè)備，發(fā)現(xiàn)PD線開關(guān)柜后下門冒出黑煙，打開柜門，發(fā)現(xiàn)A相電纜終端嚴(yán)重?zé)龘p，電纜終端絕緣層幾乎被電弧完全燒熔，露出電纜內(nèi)部導(dǎo)體（見圖1)。經(jīng)用戶查線，PW線C相發(fā)生接地故障。
專業(yè)人員檢査PD線開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備，除看到A相電纜終端嚴(yán)重?zé)龘p以外，其余無異常。柜內(nèi)無弧光短路跡象，電纜終端線夾無燒熔現(xiàn)象。
圖1 PD線開關(guān)柜A相電纜終端燒損情況
在開關(guān)柜下面的電纜隧道內(nèi)，PD線A相電纜穿板處，檢查發(fā)現(xiàn)有電弧燒穿的孔洞（見圖2)。發(fā)現(xiàn)PD線開關(guān)柜出線室底板是鐵板，PD線電纜分相穿過電纜孔，柜底兩塊鐵板之間沒有縫隙，相互重疊壓在一起，形成了閉合磁路(在A相電纜一側(cè)）。A相電纜終端流過大負(fù)荷電流時(shí)，形成閉合磁路的鐵板上有感應(yīng)電流，產(chǎn)生熱量對電纜終端的外絕緣構(gòu)成嚴(yán)重威脅。
圖2 PD線A相電纜穿板處的鐵板上有電弧燒穿的孔洞
依據(jù)以上現(xiàn)象分析，PD線A相電纜終端，在穿板處受熱損傷，形成絕緣薄弱點(diǎn)，逐步發(fā)展到鐵板穿孔部位的絕緣被燒穿，A相電纜終端對柜底鐵板電弧放電，形成單相接地故障。發(fā)生故障時(shí)，由于系統(tǒng)B、C相對地電壓升高,PW線C相絕緣薄弱點(diǎn)擊穿而形成不同線路兩點(diǎn)接地短路，兩條線路保護(hù)裝置同時(shí)動(dòng)作跳閘。
PD線A相電纜的絕緣薄弱點(diǎn)，可能是電纜敷設(shè)時(shí)的施工質(zhì)量或維護(hù)質(zhì)量問題。
預(yù)防措施
（1）規(guī)范電纜終端制作工藝，提高電纜終端制作質(zhì)量，杜絕“野蠻施工”。電纜分相穿過底板的敷設(shè)方式，開關(guān)柜出線室底部鐵板不允許形成閉合磁路。
（2）開關(guān)柜出線室底板應(yīng)采用非導(dǎo)磁材料制作。
（3）開關(guān)柜出線室的底板采用鐵板時(shí)，鐵板必須固定安裝，防止所留縫隙因變位形成閉合磁路。
2、10kV高壓開關(guān)柜手車動(dòng)、靜觸頭接觸**發(fā)熱
案例
某日，晴，環(huán)境溫度25℃。某llOkV變電站10kV開關(guān)柜進(jìn)行紅外測溫時(shí)，發(fā)現(xiàn)10kV甲開關(guān)柜前門處溫度達(dá)34.5℃(見圖3),當(dāng)時(shí)負(fù)荷電流350A。而乙開關(guān)柜在負(fù)荷電流330A的情況下，同一部位溫度為28.4℃（見圖4),兩開關(guān)柜前門溫度相差6.1℃。
隨后多次追蹤測溫，發(fā)現(xiàn)甲開關(guān)柜溫度持續(xù)升高，且比其他開關(guān)柜溫度偏高。2年后某日，晴，環(huán)境溫度30℃，負(fù)荷電流360A;檢測該開關(guān)柜前門處溫度*高為55℃：(見圖5)。將該開關(guān)柜后柜門拆掉進(jìn)行測溫，發(fā)現(xiàn)手車母線側(cè)靜觸頭盒溫度*高為69.1℃(見圖6)。由此懷疑手車動(dòng)、靜觸頭可能接觸**。
圖5 甲開關(guān)柜前門紅外測溫圖譜
圖6 乙關(guān)柜母線側(cè)靜觸頭盒紅外測溫圖譜
將手車?yán)灵_關(guān)柜外檢查，發(fā)現(xiàn)手車上、下動(dòng)觸頭臂絕緣筒燒損變形，動(dòng)觸頭基座復(fù)合材料已受熱損壞（見圖7)。
圖7 手車幵關(guān)受損情況
經(jīng)母線停電檢查，發(fā)現(xiàn)故障原因是靜觸頭座與母線連接固定螺栓松動(dòng)，造成接觸**導(dǎo)致發(fā)熱。故障部位首先起于靜觸頭座與母線排連接處，受熱傳導(dǎo)作用，造成動(dòng)觸頭燒損。動(dòng)觸頭上的壓緊彈簧受熱后逐步退火，緊固力下降，接觸電阻進(jìn)一步增大，觸指局部燒熔。過熱的靜觸頭如圖8所示。
圖8 過熱的靜觸頭
發(fā)熱缺陷應(yīng)有一個(gè)逐步發(fā)展的過程。長期的大電流作用，使原本較輕微的發(fā)熱逐步發(fā)展，使接觸電阻逐漸增大，形成惡性循環(huán)；如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將造成嚴(yán)重的設(shè)備事故。
預(yù)防措施
（1）堅(jiān)持定期對開關(guān)柜內(nèi)主導(dǎo)流接觸部位進(jìn)行紅外測溫。
（2）斷路器手車?yán)龉裢鈾z修時(shí)，應(yīng)更換老化、疲勞的壓緊彈簧和銹蝕的螺栓，并采取防銹措施。
（3）規(guī)范設(shè)備安裝調(diào)試工藝，保障手車動(dòng)、靜觸頭接觸行程符合標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備安裝調(diào)試時(shí)，必須測量動(dòng)、靜觸頭接觸行程。
（4）安裝調(diào)試和檢修時(shí)，應(yīng)測量手車動(dòng)、靜觸頭接觸電阻符合規(guī)定。
（5）利用母線停電機(jī)會(huì)，檢查各手車動(dòng)、靜觸頭接觸行程，檢查靜觸頭座連接螺栓壓緊有無松動(dòng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除隱患。
（6）開展開關(guān)柜運(yùn)行溫度檢測，對溫度異常的開關(guān)柜強(qiáng)化監(jiān)測、分析和處理，防止導(dǎo)電回路過熱引發(fā)的柜內(nèi)短路故障。
（7）開關(guān)柜內(nèi)有很多有機(jī)絕緣部件，受熱后絕緣性能會(huì)不可逆的逐步喪失，可能引起火災(zāi)。因此，其主導(dǎo)流接觸部位的*髙允許溫度、發(fā)熱缺陷定性方面的規(guī)定，應(yīng)與裸露的金屬導(dǎo)體的接觸部位*高允許溫度、發(fā)熱缺陷定性規(guī)定有區(qū)別。建議開關(guān)柜內(nèi)主導(dǎo)流接觸部位的*高允許溫度值、發(fā)熱缺陷定性溫度值降低10℃。
(8)制造廠應(yīng)嚴(yán)格把好產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)，規(guī)范裝配工藝，特別要提高廠內(nèi)裝配質(zhì)量。所有螺栓的緊固力矩，應(yīng)作出明確規(guī)定并達(dá)到要求。
3、高壓開關(guān)柜內(nèi)母線排與手車觸頭座接觸部位發(fā)熱
案例
某日，晴，高壓室內(nèi)環(huán)境溫度10℃。某llOkV變電站對10kV開關(guān)柜進(jìn)行紅外測溫時(shí)，發(fā)現(xiàn)10kV1號主進(jìn)線柜后門處溫度達(dá)34.8℃(見圖9),比其他開關(guān)柜柜體表面溫度髙出14.8℃，比環(huán)境溫度高24.8℃；1號主進(jìn)線柜前門處溫度達(dá)27.0℃(見10)，比其他開關(guān)柜柜體表面溫度高出6.0℃，比環(huán)境溫度高17.0℃。由此分析1號主進(jìn)線柜內(nèi)有發(fā)熱缺陷，具體發(fā)熱部位需要進(jìn)一步查證。測溫時(shí)，10kV1主進(jìn)線柜負(fù)荷電流1152A。
圖9 1OkV1號主進(jìn)線柜后門處紅外測溫圖譜
圖10 10kV1號主進(jìn)線柜前門處紅外測溫圖譜
接著測量10kV1號主進(jìn)線封閉母線橋（開關(guān)柜端）表面溫度達(dá)31.0℃(見圖11)，比其他開關(guān)柜柜體表面溫度高出與該開關(guān)柜后門處溫度相比低3.8℃，說明發(fā)熱點(diǎn)不在封閉母線橋，可能在開關(guān)柜內(nèi)手車動(dòng)、靜觸頭及其母線排連接部位。
3日后，10kV1號主進(jìn)線柜停電檢查。將手車?yán)龉裢猓⒓磳κ周囘M(jìn)行紅外測溫（余溫），手車B相動(dòng)觸頭整體溫度42.7℃(余溫）（見圖12)，B相動(dòng)觸頭前部溫度為46℃(余溫)（見圖13)，手車母線側(cè)靜觸頭溫度為48.5℃(余溫）（見圖14),開關(guān)柜后的穿板套管處溫度39.2℃(余溫）（見圖15),在開關(guān)柜內(nèi)后部的手車母線側(cè)靜觸頭盒附近的母線排溫度64.6℃(余溫）（見圖16)。由此證明手車動(dòng)、靜觸頭接觸部位不是發(fā)熱點(diǎn)，開關(guān)柜后的穿板套管處也不是發(fā)熱點(diǎn)；1號主進(jìn)線柜手車母線側(cè)靜觸頭座與母線排連接觸部位是發(fā)熱點(diǎn)。
通過分析紅外測溫圖譜，可以清晰地看到10kV1號主進(jìn)線柜體后部發(fā)熱。停電檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)主變壓器10kV1號主進(jìn)開關(guān)柜后門內(nèi)B相母線排絕緣熱縮管因受熱燒開裂紋、變黑，母線排與手車母線側(cè)靜觸頭座連接處螺栓松動(dòng)，接觸**，導(dǎo)致運(yùn)行中發(fā)熱。
預(yù)防措施
（1）修改有關(guān)檢修維護(hù)規(guī)程，規(guī)范、完善設(shè)備檢修維護(hù)作業(yè)指導(dǎo)書，防止必要的作業(yè)流程被遺漏。
（2）規(guī)范設(shè)備小修項(xiàng)目工藝，規(guī)定主導(dǎo)流部位螺栓緊固力矩。
（3）除運(yùn)維人員正常按周期對設(shè)備進(jìn)行紅外測溫以外，在大負(fù)荷情況下應(yīng)進(jìn)行有重點(diǎn)的測溫，檢修人員應(yīng)進(jìn)行專業(yè)化的測溫。
（4）開關(guān)柜內(nèi)鋁母線排更換為銅母線排。
（5）高壓開關(guān)柜運(yùn)行中，使用紅外熱成像儀測溫，只能對柜體外部檢測，很難直接發(fā)現(xiàn)發(fā)熱點(diǎn)，需要進(jìn)行對比分析。對開關(guān)柜各部位檢測后，再與環(huán)境溫度對比，高出環(huán)境溫度較多，證明柜內(nèi)有發(fā)熱點(diǎn)。相同環(huán)境溫度下，負(fù)荷電流相差不大的各開關(guān)柜表面溫度，若相差較多，溫度高的開關(guān)柜內(nèi)部有發(fā)熱點(diǎn)。對于有發(fā)熱現(xiàn)象的開關(guān)柜，可以在加強(qiáng)**監(jiān)護(hù)的情況下，打開柜門進(jìn)行測溫，檢查具體的發(fā)熱點(diǎn)。設(shè)備停電操作后，立即測量各部位的余溫，也是檢查具體發(fā)熱點(diǎn)的方法。
4、10kV手車動(dòng)觸頭壓緊彈簧損壞引起接觸部位發(fā)熱
案例
某日，晴，高壓室內(nèi)環(huán)境溫度14℃。某llOkV變電站對10kV開關(guān)柜進(jìn)行紅外測溫時(shí)，發(fā)現(xiàn)10kV1號主進(jìn)線柜后門處溫度達(dá)27.8℃，比環(huán)境溫度高13.8℃；1號主進(jìn)線柜前門處溫度達(dá)26.0℃，比環(huán)境溫度高12.0℃。由此分析1號主進(jìn)線柜內(nèi)有發(fā)熱缺陷，具體發(fā)熱部位需要進(jìn)一步查證。測溫時(shí)，10kV1號主進(jìn)線柜負(fù)荷電流1252A。
經(jīng)專業(yè)人員檢查，判定開關(guān)柜母線室、后下柜沒有發(fā)熱情況，手車A、B相母線側(cè)動(dòng)、靜觸頭和A相下動(dòng)、靜觸頭接觸部位發(fā)熱。開關(guān)柜停電檢查，將手車?yán)龉裢猓l(fā)現(xiàn)手車A相母線側(cè)（上部）動(dòng)觸頭端部缺少1根壓緊彈簧，手車A相下動(dòng)觸頭和B相母線側(cè)動(dòng)觸頭導(dǎo)電桿絕緣護(hù)筒側(cè)各缺少1根壓緊彈簧(見圖17)。檢查手車靜觸頭情況時(shí)，發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的靜觸頭盒內(nèi)**有脫落的壓緊彈簧（見圖18)。
圖17 手車動(dòng)觸頭缺失壓緊彈簧情況圖
圖18 **在靜觸頭盒內(nèi)的壓緊彈簧
檢查靜觸頭盒內(nèi)脫落的壓緊彈簧，發(fā)現(xiàn)彈簧有斷裂痕跡但沒有燒蝕情況。更換壓緊彈簧，消除缺陷，10kV1號主進(jìn)線柜恢復(fù)運(yùn)行正常。
此后，利用停電機(jī)會(huì)進(jìn)行隱患排查，共發(fā)現(xiàn)該變電站先后有7個(gè)10kV出線開關(guān)柜手車動(dòng)觸頭壓緊彈簧出現(xiàn)上述斷裂隱患（見圖19),由此判定屬于家族性缺陷。
同一變電站、同一型號開關(guān)柜出現(xiàn)相同的設(shè)備隱患，應(yīng)該是壓緊彈簧質(zhì)量問題。由于手車在上次推入運(yùn)行位置操作后，動(dòng)觸頭壓緊彈簧斷裂，緊固力下降，觸指與靜觸頭的接觸壓力下降，接觸電阻進(jìn)一步增大，接觸部位發(fā)熱。手車A相下動(dòng)觸頭和B相母線側(cè)動(dòng)觸頭導(dǎo)電桿絕緣護(hù)筒側(cè)壓緊彈簧斷裂，使動(dòng)觸頭與手車導(dǎo)電桿之間發(fā)熱。手車動(dòng)觸頭壓緊彈簧斷裂，可能造成10kV母線接地、弧光短路，也可能因手車動(dòng)、靜觸頭放電拉弧而造成母線短路事故。該變電站10kV開關(guān)柜內(nèi)多次發(fā)生壓緊彈簧斷裂，均未造成事故，很值得慶幸。
圖19 斷裂的手車動(dòng)觸頭壓緊彈簧
預(yù)防措施
（1）堅(jiān)持定期對開關(guān)柜內(nèi)主導(dǎo)流接觸部位進(jìn)行紅外測溫。
（1）斷路器手車?yán)龉裢鈾z修時(shí)，應(yīng)更換老化、疲勞的壓緊彈簧。
（3）設(shè)備停電檢修時(shí)，認(rèn)真檢查手車動(dòng)觸頭裝配有無缺陷，檢查手車動(dòng)觸頭壓緊彈簧有無變形、變色和松脫，檢查有無受熱退火隱患。
（4）對同批次、同型號開關(guān)柜進(jìn)行排查，消除同類隱患。
（5）制造廠應(yīng)嚴(yán)格把好產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)，規(guī)范裝配工藝，提高壓緊彈簧的制造質(zhì)量，特別要提高廠內(nèi)裝配質(zhì)量。設(shè)備質(zhì)量驗(yàn)收時(shí)，嚴(yán)格檢查手車操作的靈活性、準(zhǔn)確性，防止動(dòng)、靜觸頭接觸位置偏差，導(dǎo)致手車操作中壓緊彈簧受機(jī)械損傷。
