高壓開關(guān)柜發(fā)熱故障分析及運(yùn)維策略

孫源 王海山 王琳

摘要：高壓開關(guān)廣泛應(yīng)用于電廠、變電站、工業(yè)和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，具有操作方便、安全可靠等特點(diǎn)。本文在分析和討論了高壓開關(guān)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行中溫升和發(fā)熱故障的現(xiàn)狀后，總結(jié)了高壓開關(guān)設(shè)備接觸發(fā)熱的主要原因，并結(jié)合運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，提出了切實(shí)可行的預(yù)防和處理措施，有效提高了開關(guān)設(shè)備的綜合電氣性能，保證了供配電的可靠性。

關(guān)鍵詞：高壓開關(guān)柜;發(fā)熱故障;運(yùn)維策略

一、高壓開關(guān)柜運(yùn)發(fā)熱故障分析

（一）柜內(nèi)設(shè)備異常發(fā)熱

不管用哪種材料進(jìn)行電力傳輸，都有材料阻值存在。在電流和電壓的作用下，設(shè)備會(huì)產(chǎn)生正常的熱損耗，但是，當(dāng)電流回路某一接頭的阻值過大，該部位空隙會(huì)發(fā)生放電，發(fā)熱量將急劇增大，當(dāng)開關(guān)柜正常散熱無法使熱量快速消散，就會(huì)使本部位的溫度異常升高，開關(guān)柜易形成過熱故障的部位如下：①10kV側(cè)的母排、刀閘都是設(shè)置于開關(guān)柜狹小的空間內(nèi)，母排為增加絕緣往往使用絕緣熱縮套管，如母排銅質(zhì)不過關(guān)或連接點(diǎn)不緊固會(huì)造成接觸電阻增大;②開關(guān)柜隔離刀閘的靜、動(dòng)觸頭咬合不緊、接觸不良形成相應(yīng)的空隙，電流在此處形成形成局部放電，劇烈發(fā)熱升溫，運(yùn)行中發(fā)生此類熱故障的概率較高;③柜內(nèi)電流互感器（CT）普遍采用全密封環(huán)氧樹脂澆注式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)一次繞組及鐵芯散熱效果均較差，且在大電流回路中一般會(huì)增加兩個(gè)連接接頭發(fā)熱源，導(dǎo)致大電流運(yùn)行時(shí)內(nèi)部CT發(fā)熱問題嚴(yán)重。

（二）防護(hù)等級(jí)因素造成的散熱不暢

為防止人體意外接觸開關(guān)柜的高壓帶電部分和異物進(jìn)入開關(guān)柜引起設(shè)備短路，目前，開關(guān)柜基本采用金屬全封閉外殼，通用標(biāo)準(zhǔn)要求金屬外殼達(dá)到IP4X防護(hù)等級(jí)，即能阻擋直徑大于1.0mm的金屬絲或厚度大于1.0mm的窄條等物體進(jìn)入的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，這大大約束了開關(guān)柜熱量排出效率。

（三）柜體渦流發(fā)熱

高壓開關(guān)柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料組合選擇不當(dāng)，大電流柜渦流發(fā)熱會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的異常升溫。汕頭供電局在負(fù)荷高峰期對各站重要設(shè)備進(jìn)行紅外熱成像缺陷普查，曾發(fā)現(xiàn)轄內(nèi)220kV站主變變低開關(guān)柜B-C相和A-B相柜內(nèi)隔板發(fā)熱達(dá)85℃左右，并致使該開關(guān)柜柜體溫度達(dá)90℃，后經(jīng)確認(rèn)，主母線是通過大電流在普通鋼隔板上產(chǎn)生較大渦流而發(fā)熱，再加上該早期開關(guān)柜產(chǎn)品的自然及強(qiáng)制排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致了該開門異常發(fā)熱。

（四）運(yùn)行維護(hù)因素

目前，成套開關(guān)柜按標(biāo)準(zhǔn)均通過1.1倍的溫升及熱穩(wěn)定校驗(yàn)合格才能投運(yùn)，但在用電高峰季節(jié)或檢修方式下，受電網(wǎng)結(jié)線和片區(qū)供電能力限制，迫使有些變電站主變長期處于滿負(fù)荷甚至過載狀態(tài)，往往造成主變低壓進(jìn)線柜和饋線柜通過較大的電流，造成柜內(nèi)元器件發(fā)熱量增大。

（五）環(huán)境條件因素

國內(nèi)氣候報(bào)告顯示，我國南方夏季室外溫度維持在35℃～40℃，少數(shù)地區(qū)超過40℃，疊加設(shè)備本身散發(fā)的熱量，將導(dǎo)致配電室內(nèi)環(huán)境溫度過高，如開關(guān)柜采用傳統(tǒng)散熱方式，加上通風(fēng)設(shè)施欠缺，則會(huì)間接增大室內(nèi)的灰塵、濕氣的進(jìn)入量，使開關(guān)柜處于較惡劣的運(yùn)行環(huán)境，這將加劇開關(guān)柜內(nèi)一次元件的發(fā)熱，形成開關(guān)柜的異常發(fā)熱。

二、開關(guān)柜運(yùn)維和改進(jìn)建議

分析高壓開關(guān)柜的發(fā)熱故障及運(yùn)維難點(diǎn)，筆者認(rèn)為可以從以下幾個(gè)方面的工作著手，做好新投產(chǎn)開關(guān)柜設(shè)備的入網(wǎng)管控和存量設(shè)備的運(yùn)維改造。

（一）對于新入網(wǎng)的開關(guān)柜設(shè)備

（1）修編完善開關(guān)柜技術(shù)協(xié)議

1）增大進(jìn)線和分段柜負(fù)荷裕度。對于3150A開關(guān)柜可以滿足要求的情況，建議使用4000A開關(guān)柜替代，相應(yīng)的梅花觸頭、靜觸頭和觸頭盒等部件也按照4000A標(biāo)準(zhǔn)配置。2）母排須使用3層TMY10mm×120mm銅排，關(guān)鍵部位銅導(dǎo)體鍍銀層厚度須≥15um。 3）大電流開關(guān)柜柜面和母線籠需開設(shè)散熱孔;并合理設(shè)置氣道;柜頂須配置橫流風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)應(yīng)具備不停電更換的條件。4）固定式大電流開關(guān)柜，在前后柜門合適位置需開設(shè)紅外觀察窗，能透過紅外線，以便于對柜內(nèi)刀閘等設(shè)備進(jìn)行檢查和紅外測溫。5）需選配質(zhì)量可靠、運(yùn)行穩(wěn)定的溫控驅(qū)潮裝置，嚴(yán)禁使用曾發(fā)生過嚴(yán)重故障或事故的溫控驅(qū)潮裝置。

（2）開展出廠前抽檢工作

1）根據(jù)開關(guān)柜排產(chǎn)節(jié)點(diǎn)，適時(shí)在設(shè)備廠開展抽檢工作。對于大電流開關(guān)柜，建議依據(jù)出廠試驗(yàn)要求逐條進(jìn)行檢測和預(yù)驗(yàn)收。

2）對于移開式大電流開關(guān)和刀閘小車，重點(diǎn)抽檢梅花觸頭壓緊力、插入深度、觸頭材質(zhì)純度以及鍍銀層厚度等參數(shù)是否合格。

3）對大電流開關(guān)柜進(jìn)行帶負(fù)荷溫升試驗(yàn)，條件具備的情況下建議帶母線橋進(jìn)行，重點(diǎn)檢查開關(guān)柜在1.1倍額定電流運(yùn)行條件下的溫升情況。

（二）對于存量的開關(guān)柜設(shè)備

（1）有針對性地開展停電運(yùn)維工作

通過上述分析，開關(guān)柜的發(fā)熱故障都集中在一些關(guān)鍵導(dǎo)電部位，對于開關(guān)柜的停電運(yùn)維，可以更有針對性地開展。

1）對于固定式開關(guān)柜，重點(diǎn)做好GN22和GN30刀閘的檢修維護(hù)。2）對于移開式開關(guān)柜，重點(diǎn)做好大電流開關(guān)和刀閘小車動(dòng)靜觸頭的檢查維護(hù)工作。3）對于歷史負(fù)荷較重或曾經(jīng)發(fā)生過事故的變電站開關(guān)柜設(shè)備，要重點(diǎn)并加強(qiáng)頻度開展運(yùn)維工作，可將周期縮短至1年甚至半年，并確保在每年迎峰度夏前運(yùn)維一次。

（2）改造存在散熱和通流問題的開關(guān)柜

對于存在散熱和通流問題的開關(guān)柜，可與廠家人員現(xiàn)場溝通核實(shí)后，進(jìn)行通流和散熱

1）合理設(shè)置大電流開關(guān)柜和母線籠氣道。2）在殼體適當(dāng)部位增設(shè)散熱孔。3）在關(guān)鍵接觸面加裝輔助散熱部件。4）將傳統(tǒng)風(fēng)扇改造成散熱效果更好并具備不停電更換條件的橫流風(fēng)機(jī)，且風(fēng)機(jī)可根據(jù)設(shè)定的負(fù)荷電流值自行啟停。5）將部分開關(guān)柜雙層銅排的主導(dǎo)電回路改造成三層銅排，增加設(shè)備通流能力。6）對長期運(yùn)行氧化的鍍銀面進(jìn)行打磨和重新電鍍銀處理，增強(qiáng)導(dǎo)體關(guān)鍵部位接觸效果。7）對因設(shè)計(jì)問題，存在渦流發(fā)熱情況的固定式開關(guān)柜刀閘安裝板進(jìn)行改造更換。8）將移開式開關(guān)柜大電流開關(guān)、刀閘小車3150A的梅花觸頭更換為4000A梅花觸頭。9）將部分大電流開關(guān)、刀閘柜單螺栓固定的靜觸頭更換為5個(gè)螺栓固定的靜觸頭。10）將靜觸頭盒改用爬距更大、絕緣和散熱性能更好的4000A觸頭盒，相應(yīng)的更換觸頭盒安裝板。

三、結(jié)語

發(fā)熱故障對高壓開關(guān)柜運(yùn)行有著重大影響，必須要提高對此方面的重視，分析總結(jié)各影響因素，并有針對性的采取措施處理，對柜內(nèi)溫度進(jìn)行有效監(jiān)測，通過技術(shù)改造與檢修維護(hù)，將發(fā)熱隱患消除在萌芽狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭躍東，郭麗華，郭小嫻.一起高壓開關(guān)柜發(fā)熱原因分析[J].電世界，2019，60（04）：24-25.

[2]賀韡.高壓開關(guān)柜發(fā)熱分析與改善措施[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2018.

（作者單位：國網(wǎng)山東省電力公司茌平縣供電公司）