高壓開關柜動靜觸頭缺陷與供配電系統(tǒng)穩(wěn)定性探究及對策

劉明

（河鋼集團邯鋼公司邯寶能源中心，河北邯鄲 056003）

引言

高壓開關設備在鋼鐵企業(yè)電力供配電系統(tǒng)中，起到集中和分配電能的作用，設備穩(wěn)定性和可靠性對于各類生產(chǎn)設備用電關系密切，一旦發(fā)生故障，系統(tǒng)性的低電壓會造成大面積的生產(chǎn)停頓，并可造成重要設備損壞和聯(lián)鎖性反應。然而，由于高壓開關柜采用了金屬鎧裝型式，普遍采用移開式中置小車和落地小車，其內(nèi)部導電部分，尤其是動靜觸頭結合面在正常運行時是無法直接觀察的，內(nèi)部發(fā)熱和放電情況不能及時掌握，為安全生產(chǎn)帶來隱患，某企業(yè)每年都會因該類設備缺陷而造成各類停產(chǎn)事故，嚴重威脅生產(chǎn)穩(wěn)定，是造成電力系統(tǒng)事故的一大原因。

因此，深入查找高壓開關柜內(nèi)部導電部分接觸情況，消除因接觸不良、發(fā)熱嚴重問題造成的動靜觸頭缺陷，可以有效遏制該類事故的發(fā)生，提高供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對于生產(chǎn)環(huán)節(jié)的優(yōu)質(zhì)增效有十分重大的意義。

1 缺陷影響及成因分析

1.1 缺陷對設備穩(wěn)定性的影響

高壓開關柜內(nèi)部缺陷，由于金屬鎧裝型式結構，內(nèi)部運行情況無法有效觀察，尤其動靜觸頭接觸面缺陷問題，其形成原因較為復雜。在部分電氣事故發(fā)生后，對受損設備進行檢查并分析形成原因時，發(fā)現(xiàn)因動靜觸頭接觸不良，導致設備發(fā)熱并不斷惡化，對長期帶大負荷運行的總降變電站及樞紐開關站電氣柜穩(wěn)定運行造成直接威脅。因此，這種隱蔽性的缺陷，致使大電流長期運行導致設備發(fā)熱的累積效應應當?shù)玫礁嗟闹匾暋?/p>

然而，該類事故發(fā)生以后，由于需要及時恢復供電，短時間內(nèi)若來不及查明現(xiàn)場設備的故障或具體情況排查不及時、不到位，又會導致類似的事故重復發(fā)生。這種因素如不能徹底消除，電力供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性就會存在隱患，嚴重威脅著鋼鐵企業(yè)的正常生產(chǎn)節(jié)奏。

1.2 缺陷形成原因探究

經(jīng)過多年來的電力生產(chǎn)實踐和故障情況分析，高壓開關柜內(nèi)動靜觸頭各類缺陷的主要形成原因如下：

（1）負荷集中，電流偏大，發(fā)熱造成彈簧老化，觸頭接觸不良。

（2）建設初期遺留下來的設備缺陷，接觸面不夠，造成觸頭接觸不良。

（3）檢修過程中，不規(guī)范操作導致彈簧部分受損，造成接觸不良。

（4）送電操作過程中，開關小車推入位置不正，造成動靜觸頭部分接觸。

2 缺陷問題的解決策略

2.1 對于負荷較為集中，負載電流偏大的設備

由于長期發(fā)熱，累積效應會造成觸頭表面氧化，彈簧過熱退火、彈力不足、張緊性能變差等情況，因而引起設備發(fā)熱程度集聚，易造成觸頭彈簧崩斷，形成電氣短路放炮事故導致觸頭甚至開關柜燒毀。主要措施如下。

（1）檢查彈簧形變、拉伸程度，更換老化彈簧。

（2）負荷電流過高時通過方式轉(zhuǎn)換，降低實際載流量。

（3）處理觸頭表面氧化層，進行鍍銀處理，減小接觸阻值。

（4）具備擴容條件的，通過改造增加觸頭容量。

（5）對于超大容量的開關設備，加強通風散熱。

2.2 對于負荷不太大的設備

實際運行過程中發(fā)熱程度偏離正常平均值，溫度明顯有差異的設備要進行細致分析，詳細掌握相關資料，該情況較為復雜，容易忽略。此種情況是深層次缺陷潛藏的主要設備區(qū)域，是上述成因中第二種、第三種情況，主要改進方案如下。

（1）檢查動靜觸頭的接觸面，小于規(guī)定接觸咬合量的，列入設備改造范疇，進行技術改造。

（2）檢查彈簧表面，有拉絲變形、過熱痕跡、發(fā)污損壞的彈簧，進行同型號換新處理。

（3）彈簧材質(zhì)不佳或彈力、壓緊力不夠，進行整體更換。

（4）動靜觸頭同心度配合不到位的，進行觸頭結構調(diào)整。

（5）動靜觸頭因緊固不到位，逐一加以緊固，保證接觸到位。

3 應用案例

3.1 總降變電站實施情況

西區(qū)煉鋼變電站、鐵前變電站、原料變電站組織實施動靜觸頭接觸缺陷排查以來，發(fā)現(xiàn)受損、發(fā)污劣化彈簧86條，安排焦化、1#燒結、2#燒結新增負荷倒換共3 次，更換動靜觸頭4 對，處理大型配出柜因嚴重過熱觸頭粘連1 處，有效遏制了配電柜小車觸頭發(fā)熱事故的發(fā)生。

3.2 燒結余熱發(fā)電、1#2#TRT、1#2#干熄焦實施情況

燒結余熱發(fā)電、1#2#TRT、1#2#干熄焦共計5 個發(fā)電機出口，對并網(wǎng)斷路器、提升柜、聯(lián)結柜內(nèi)小車觸頭進行縱向環(huán)節(jié)的全面排查，改造燒結余熱發(fā)電小間聯(lián)結柜內(nèi)移開式小車為裸露式隔離刀閘，徹底解決了該部位空間狹小，運行溫度偏高的隱患。

1#、2#干熄焦并網(wǎng)開關及母排進行了擴容改造，并加裝通風設施，有效解決觸頭、開關長期過熱，發(fā)電負荷受限問題。

1#、2#TRT 在近3 年的運行中，因設備質(zhì)量欠佳，無法適應長期發(fā)電負荷考驗，更換了高質(zhì)量的ABB 開關，增加了動靜觸頭容量，消除了設備發(fā)熱隱患，解決了觸頭過度劣化問題，避免了事故停機的發(fā)生。

3.3 西區(qū)1#、2#高爐泵站高配室實施情況

西區(qū)高爐水泵站電氣柜是老式伊頓中置柜體，該設備額定容量充足，負荷相對較輕，運行電流不超過50 A，卻因一次短路事故，造成系統(tǒng)性低電壓，影響高爐生產(chǎn)。經(jīng)過全面排查，發(fā)現(xiàn)該批電氣柜遺留的部分安裝缺陷，動靜觸頭接觸面積嚴重偏小，形成事故隱患點，在后續(xù)的排查中，又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)4～6臺同類情況的柜體。整改措施：對2 個泵站的高壓電氣柜進行全面改造，在靜觸頭盒增加銅質(zhì)墊塊，延長動觸頭125 mm，增加接觸面積70%，集中消除了該配電柜缺陷，保證了高爐泵站的安全運行。

3.4 高配室總體實施情況

經(jīng)過對西區(qū)能中32 個高配室，640 多面電氣高壓開關柜的全面排查，共計1.5 萬條彈簧，共處理中置式小車動觸頭觸臂壓緊彈簧問題350 多個點，約占總數(shù)的2.3%，消除了設備隱患，有力地保障了高壓電氣配電柜的穩(wěn)定運行。

4 缺陷改進后的效果

經(jīng)過對高壓開關柜進行深入、全面的隱患排查，提高了高壓開關柜運行的穩(wěn)定性，進一步消除了由高壓開關柜發(fā)熱引發(fā)電氣事故的隱患，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定供電、減少事故危害，起到了明顯的效果。

（1）大負荷高壓開關柜運行溫度穩(wěn)定，溫升控制在較低的水平（見表1）。

表1 2021年3月主要高配室電氣設備溫度監(jiān)測數(shù)據(jù) ℃

表1 數(shù)據(jù)表明，在環(huán)境溫度為25 ℃ 附近時，最高溫升為30 ℃，最低的僅為11 ℃。而2018 年、2019年同期值，干熄焦、燒結余熱、煉鋼站及鐵前站設備結點最高溫度均達到75 ℃ 以上，溫升在50 ℃ 左右。兩者相比較，目前的高壓開關柜的運行狀況得到明顯改善，效果良好。

（2）高壓開關柜故障次數(shù)減少，緊急停電停機處理故障的時間大幅降低（見表2）。

表2 近3年故障停電時間統(tǒng)計

5 結束語

鋼鐵企業(yè)電力供配電系統(tǒng)規(guī)模大，負荷集中度高，大量中置式高壓柜的集中使用，使原本占比不超過2%的動靜觸頭的缺陷，給系統(tǒng)的穩(wěn)定運行帶來重大影響。每年由動靜觸頭缺陷引發(fā)的電力事故時有發(fā)生，造成的生產(chǎn)損失大。因此對于高壓配電柜動靜觸頭接觸不良問題，需要從多方面、多手段、長時間地審視摸索，采取有效措施，為生產(chǎn)用電保駕護航。