淺談工業(yè)廠房變電站事故分析及設(shè)計(jì)優(yōu)化比選

江蘇易能科技有限公司 蔣 晨

1 工程概述

位于無(wú)錫工業(yè)轉(zhuǎn)型集聚區(qū)內(nèi)，新投資建設(shè)一家汽車(chē)用輪轂生產(chǎn)加工企業(yè)，總占地0.21km2。為年產(chǎn)240萬(wàn)件輕量化車(chē)輪項(xiàng)目。專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)汽車(chē)用輪轂鑄造毛坯件及精加工產(chǎn)品，生產(chǎn)車(chē)間機(jī)械智能化水平較高，現(xiàn)已采用機(jī)器人涂裝生產(chǎn)；現(xiàn)場(chǎng)車(chē)間內(nèi)大容量的電機(jī)等負(fù)荷較多，例如：空調(diào)站中大型風(fēng)機(jī)及制冷機(jī)、空壓站設(shè)備、機(jī)加車(chē)間生產(chǎn)線設(shè)備、鑄造生產(chǎn)線設(shè)備，故變電站內(nèi)低壓饋線回路中630～800A出線回路占大部分。

某項(xiàng)目在其他地區(qū)已建有相同功能、規(guī)模的老廠區(qū)，老廠區(qū)設(shè)備與新廠區(qū)設(shè)備基本相同，老廠區(qū)變電站內(nèi)長(zhǎng)期運(yùn)行發(fā)現(xiàn)：≥630A的塑殼斷路器抽屜式金屬插接件燒融，塑料護(hù)套燒化甚至碳化現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)出廠前的型式試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，400A及630A的溫升較低，均在30℃。而實(shí)際使用中，用溫度傳感元件檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)斷路器正常工作溫度20～40℃，兩者相吻合。而異常工作溫度在70～90℃，有時(shí)甚至高達(dá)110℃。插接件處銅排升溫過(guò)高。

以下分別在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)加工、產(chǎn)品組裝，現(xiàn)場(chǎng)安裝、后期使用、維護(hù)保養(yǎng)等方面提出解決方案。

改進(jìn)一：增加彈簧片的厚度，例如由原有的1.2mm增加到1.3mm，增加觸頭的壓緊力（彈性度）使收縮電阻和膜電阻減小，總的綜合接觸電阻減小。

改進(jìn)二：抽屜式插接件一次觸頭采用的是多疊片的組合型式，可以根據(jù)抽屜式額定電流的大小來(lái)確定抽屜式的觸頭的片數(shù)。每增加一片觸頭片，就能增加接觸部位的接觸面積，例如：?jiǎn)纹礁某蓛善?，兩片式改成三片式。通過(guò)增加導(dǎo)體接觸面積S，降低接觸部位的電阻R。400A以上的抽屜式開(kāi)關(guān)由于額定電流比較大，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)證明采用抽屜式的方式對(duì)插接件要求太高，技術(shù)參數(shù)很難達(dá)到要求[1]。

改進(jìn)三：減小電阻率。選用電阻率更小的材料作為插接件，在插接件的表面電鍍導(dǎo)電率更好的金屬涂層，如錫或者銀，或者電鍍合金涂層，以便提高自身的導(dǎo)電性能。在插接件表面涂抹增加導(dǎo)電性能更強(qiáng)的試劑（如導(dǎo)電膏、納米導(dǎo)電精）。

改進(jìn)四：背后的插接件外殼盡可能做成透明狀，增強(qiáng)可視化程度，提高機(jī)械化加工精度，減小誤差；采用耐高溫材料，例如AP66，耐高溫可達(dá)125℃，提高使用的可靠性及安全性。

改進(jìn)五：變電站內(nèi)可配備觸頭壓力測(cè)試儀，該觸頭壓力檢測(cè)儀可用來(lái)定期檢測(cè)運(yùn)行中的插接件觸頭的接觸壓力，是否保持在允許范圍內(nèi)，評(píng)估插接件接觸壓力的穩(wěn)定性，進(jìn)而評(píng)估接插件的優(yōu)劣，測(cè)量時(shí)無(wú)須用交流電，直接測(cè)量，方便直觀。如測(cè)試的抓緊度≥100N，效果會(huì)更好。

2 在低壓饋線柜設(shè)計(jì)上優(yōu)化比選及改進(jìn)

2.1 方案一

當(dāng)采用≥630A塑殼斷路器時(shí)，不再使用抽出式開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)，采用固定分隔柜形式，安裝于獨(dú)立的固定分隔小室內(nèi)，采用開(kāi)關(guān)插拔式結(jié)構(gòu)，分開(kāi)關(guān)本體和底座兩個(gè)部分，如圖1所示。底座固定于底板，背面方便接電纜引出，開(kāi)關(guān)的本體可以帶電拔出，便于檢修或更換。若采用插拔式安裝，可減少抽屜式中一次插接件數(shù)量，提高插接件安全可靠性，設(shè)計(jì)柜寬度由原來(lái)的600mm改為800mm寬，電流互感器可安裝在柜側(cè)（后）電纜室，這樣使得每個(gè)低壓間隔內(nèi)部尺寸放大，空間高度增加，散熱效果比抽屜式強(qiáng)，可將4個(gè)630A的塑殼斷路器集中于一臺(tái)低壓開(kāi)關(guān)柜上，進(jìn)線集中設(shè)計(jì)及安裝，便于開(kāi)關(guān)組裝。當(dāng)斷路器燒壞后，可直接將相應(yīng)斷路器從固定插接件上取下更換，更換速度比抽屜式快。值得注意的是在設(shè)計(jì)時(shí)，可以將多個(gè)需要插拔式開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)在同一柜內(nèi)，將小容量的斷路器采用抽屜式設(shè)計(jì)，并集中在一起，以此作為區(qū)分，在生產(chǎn)加工及后期維護(hù)方面都有優(yōu)勢(shì)[2]。

圖1 固定分隔柜實(shí)物

2.2 方案二

常規(guī)的0.4kV低壓側(cè)抽屜內(nèi)安裝有一、二次插接件、電流互感器、斷路器（帶操作機(jī)構(gòu)）、接觸器、繼電器、控制回路用熔斷器、電源指示燈、電力儀表等。針對(duì)一個(gè)抽屜內(nèi)元器件繁多的情況下，也可以采用固定式開(kāi)關(guān)柜GGD柜型，通常采用尺寸為寬800mm×長(zhǎng)600mm×高2200mm進(jìn)行設(shè)計(jì)。

優(yōu)點(diǎn)：取消了柜內(nèi)的分隔板后，可以提高散熱空間；≥630A的斷路器固定式安裝，不采用操動(dòng)機(jī)構(gòu)、一二次動(dòng)靜插接件等輔助配件，柜內(nèi)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單明了，便于維護(hù)和操作；當(dāng)柜內(nèi)有多個(gè)≥630A斷路器時(shí)候，可以選擇在安裝梁上前后安裝，充分利用柜子的結(jié)構(gòu)性能。

缺點(diǎn)：當(dāng)某一回路出現(xiàn)斷路器故障時(shí)，檢修維護(hù)時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)，一般需要斷開(kāi)故障斷路器，其次斷開(kāi)總刀閘HD13及拆下故障斷路器，卸下低壓電纜頭，更換新的斷路器，安裝上原有低壓電纜頭，先合上總刀閘，最后合上更換后的新斷路器等一系列倒閘操作，同時(shí)會(huì)影響同一刀閘下所帶的其他回路的正常使用，擴(kuò)大故障范圍，供電可靠性下降；柜內(nèi)銅排裸露明顯，需要套有色標(biāo)的熱縮護(hù)套，加裝透明絕緣保護(hù)板，以此來(lái)加強(qiáng)安全防護(hù)性能，故不及GCK、MNS等柜子安全性強(qiáng)；當(dāng)?shù)蛪汗駭?shù)量較多時(shí)，占地空間多這個(gè)的缺陷就加明顯。

2.3 方案三

仍然采用抽屜式安裝方式，但插接件上采用雙插接件或三插接件模式，即使用2組或3組插接件并聯(lián)組裝方式，采用多層設(shè)計(jì)方案，如圖2所示。原本一組要流過(guò)500～600A電流，現(xiàn)在改造后的其中一組插接件只需要原來(lái)的一半。例如，630A的斷路器插接件可采用2×400A的插接件，800A的斷路器插接件可采用2×400A（630A）的插接件，間隔底板側(cè)均可加裝一臺(tái)散熱風(fēng)機(jī)，和溫濕度控制器相互配合，使得柜子內(nèi)部產(chǎn)生上下對(duì)流空氣。

圖2 雙插件實(shí)物

優(yōu)點(diǎn)：不需要改變柜型及尺寸，可與小容量的抽屜一致，整體性突出；從源頭上解決了大電流插接件載流量不滿足的問(wèn)題。

缺點(diǎn)：這種方式會(huì)適當(dāng)增加柜子生產(chǎn)成本；對(duì)操作及后期的維護(hù)方面增加額外的負(fù)擔(dān)工作。

2.4 方案四

仍然采用GCK低壓抽屜式柜型，但不采用普通塑殼斷路器，而是采用小型的框架式斷路器，例如采用常熟開(kāi)關(guān)制造有限公司的CW3智能型萬(wàn)能式斷路器，CW3-1000/800/630/400A，框架電流值為1000A，其整定范圍值為400～1000A，框架式斷路器尺寸較小，可固定式安裝，單個(gè)框架尺寸為寬235mm×高320mm×長(zhǎng)200mm。

優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)時(shí)可選用較高的額定極限分段能力Icu=65kA（≥50kA）的型號(hào)；由于不采用插接件，用母排與接線端直接連接，不會(huì)出現(xiàn)因插接件導(dǎo)致的故障現(xiàn)象。

缺點(diǎn)：框架式斷路器比塑殼式斷路器價(jià)格高，故造價(jià)成本上升，CW3-1000A/630A價(jià)格是11868元，CM5-630L/630A的價(jià)格是3087元；柜體設(shè)計(jì)空間布局上，原本一臺(tái)低壓柜可以配備4×630A的塑殼斷路器，而現(xiàn)在可以設(shè)置設(shè)備3×1000A/630A的框架斷路器，相應(yīng)回路數(shù)減少。

2.5 方案五

采用溫度傳感器及無(wú)線測(cè)溫顯示裝置，這一技術(shù)目前已經(jīng)成熟，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。在電力系統(tǒng)中可以安裝在高壓隔離開(kāi)關(guān)接線端部、高壓斷路器動(dòng)觸臂上下側(cè)端部（梅花觸頭端部），高壓進(jìn)出線電纜頭端部、變壓器高低壓側(cè)端部、低壓進(jìn)出線電纜頭端部、電容器外表側(cè)及接線端部，無(wú)線測(cè)溫顯示裝置也可以單獨(dú)安裝在低壓抽屜柜內(nèi)，每臺(tái)裝置可以接收多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，和低壓回路中測(cè)溫傳感器配套使用，無(wú)線傳感器安裝在一次接線端頭上，分為有源和無(wú)源兩種，有源即帶電池，而無(wú)源只能在設(shè)備帶電時(shí)候使用，利用電磁感應(yīng)原理，用綁扎帶扎牢，通過(guò)無(wú)線傳輸至測(cè)溫主機(jī)，每個(gè)測(cè)溫主機(jī)可以無(wú)線或有線傳輸，有線主機(jī)均帶有一路485接口，可將采集到的溫度數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心。主機(jī)可以自動(dòng)周期性地從端部讀取所接收的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)超過(guò)警戒溫度或溫度發(fā)生異常時(shí)報(bào)警，測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)可在計(jì)算機(jī)中長(zhǎng)期儲(chǔ)存記錄。在后臺(tái)的工作人員可以實(shí)時(shí)、隨時(shí)查詢(xún)顯示監(jiān)測(cè)每個(gè)斷路器的工作溫度。國(guó)內(nèi)主要品牌的無(wú)線測(cè)溫傳感器多方面比較詳見(jiàn)表2，針對(duì)同一柜子的多種設(shè)計(jì)方案改造價(jià)格對(duì)比詳見(jiàn)表3。

表2 國(guó)內(nèi)主要品牌的無(wú)線測(cè)溫傳感器多方面比較

表3 針對(duì)同一柜子的多種設(shè)計(jì)方案改造價(jià)格對(duì)比

當(dāng)變電站面積寬裕時(shí)，可優(yōu)先選用第一和第三方案，當(dāng)變電站面積不寬裕時(shí)，可采用第四方案。

3 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合工程實(shí)例針對(duì)工業(yè)園區(qū)內(nèi)，大容量抽屜式開(kāi)關(guān)柜插接件經(jīng)常燒毀現(xiàn)象，進(jìn)行研究分析其產(chǎn)生的各種原因，并提出解決措施，確保工業(yè)廠房變電站安全運(yùn)行。