DQZHAN技術(shù)訊：知識(shí)！高壓開(kāi)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(wèn)題導(dǎo)致發(fā)熱
1、高壓開(kāi)關(guān)柜出線(xiàn)室底板發(fā)熱導(dǎo)致電纜故障
案例
某llOkV變電站僅有1臺(tái)主變壓器。某日，報(bào)出“35kV母線(xiàn)接地”信號(hào),檢查為A相故障；接著35kV出線(xiàn)PD線(xiàn)和PW線(xiàn)同時(shí)由過(guò)流I段保護(hù)動(dòng)作跳閘?，F(xiàn)場(chǎng)檢査設(shè)備，發(fā)現(xiàn)PD線(xiàn)開(kāi)關(guān)柜后下門(mén)冒出黑煙，打開(kāi)柜門(mén)，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(jiàn)圖1)。經(jīng)用戶(hù)查線(xiàn)，PW線(xiàn)C相發(fā)生接地故障。
專(zhuān)業(yè)人員檢査PD線(xiàn)開(kāi)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(wú)異常。柜內(nèi)無(wú)弧光短路跡象，電纜終端線(xiàn)夾無(wú)燒熔現(xiàn)象。
圖1 PD線(xiàn)開(kāi)關(guān)柜A相電纜終端燒損情況
在開(kāi)關(guān)柜下面的電纜隧道內(nèi)，PD線(xiàn)A相電纜穿板處，檢查發(fā)現(xiàn)有電弧燒穿的孔洞（見(jiàn)圖2)。發(fā)現(xiàn)PD線(xiàn)開(kāi)關(guān)柜出線(xiàn)室底板是鐵板，PD線(xiàn)電纜分相穿過(guò)電纜孔，柜底兩塊鐵板之間沒(méi)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(guò)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(duì)電纜終端的外絕緣構(gòu)成嚴(yán)重威脅。
圖2 PD線(xiàn)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(xiàn)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(duì)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(duì)地電壓升高,PW線(xiàn)C相絕緣薄弱點(diǎn)擊穿而形成不同線(xiàn)路兩點(diǎn)接地短路，兩條線(xiàn)路保護(hù)裝置同時(shí)動(dòng)作跳閘。
PD線(xiàn)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(wèn)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(guò)底板的敷設(shè)方式，開(kāi)關(guān)柜出線(xiàn)室底部鐵板不允許形成閉合磁路。
（2）開(kāi)關(guān)柜出線(xiàn)室底板應(yīng)采用非導(dǎo)磁材料制作。
（3）開(kāi)關(guān)柜出線(xiàn)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(kāi)關(guān)柜手車(chē)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(kāi)關(guān)柜進(jìn)行紅外測(cè)溫時(shí)，發(fā)現(xiàn)10kV甲開(kāi)關(guān)柜前門(mén)處溫度達(dá)34.5℃(見(jiàn)圖3),當(dāng)時(shí)負(fù)荷電流350A。而乙開(kāi)關(guān)柜在負(fù)荷電流330A的情況下，同一部位溫度為28.4℃（見(jiàn)圖4),兩開(kāi)關(guān)柜前門(mén)溫度相差6.1℃。
隨后多次追蹤測(cè)溫，發(fā)現(xiàn)甲開(kāi)關(guān)柜溫度持續(xù)升高，且比其他開(kāi)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(cè)該開(kāi)關(guān)柜前門(mén)處溫度*高為55℃：(見(jiàn)圖5)。將該開(kāi)關(guān)柜后柜門(mén)拆掉進(jìn)行測(cè)溫，發(fā)現(xiàn)手車(chē)母線(xiàn)側(cè)靜觸頭盒溫度*高為69.1℃(見(jiàn)圖6)。由此懷疑手車(chē)動(dòng)、靜觸頭可能接觸**。
圖5 甲開(kāi)關(guān)柜前門(mén)紅外測(cè)溫圖譜
圖6 乙關(guān)柜母線(xiàn)側(cè)靜觸頭盒紅外測(cè)溫圖譜
將手車(chē)?yán)灵_(kāi)關(guān)柜外檢查，發(fā)現(xiàn)手車(chē)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(jiàn)圖7)。
圖7 手車(chē)幵關(guān)受損情況
經(jīng)母線(xiàn)停電檢查，發(fā)現(xiàn)故障原因是靜觸頭座與母線(xiàn)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(xiàn)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(guò)熱的靜觸頭如圖8所示。
圖8 過(guò)熱的靜觸頭
發(fā)熱缺陷應(yīng)有一個(gè)逐步發(fā)展的過(guò)程。長(zhǎng)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(duì)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)主導(dǎo)流接觸部位進(jìn)行紅外測(cè)溫。
（2）斷路器手車(chē)?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(chē)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(cè)量動(dòng)、靜觸頭接觸行程。
（4）安裝調(diào)試和檢修時(shí)，應(yīng)測(cè)量手車(chē)動(dòng)、靜觸頭接觸電阻符合規(guī)定。
（5）利用母線(xiàn)停電機(jī)會(huì)，檢查各手車(chē)動(dòng)、靜觸頭接觸行程，檢查靜觸頭座連接螺栓壓緊有無(wú)松動(dòng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除隱患。
（6）開(kāi)展開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行溫度檢測(cè)，對(duì)溫度異常的開(kāi)關(guān)柜強(qiáng)化監(jiān)測(cè)、分析和處理，防止導(dǎo)電回路過(guò)熱引發(fā)的柜內(nèi)短路故障。
（7）開(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)柜內(nèi)母線(xiàn)排與手車(chē)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(duì)10kV開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行紅外測(cè)溫時(shí)，發(fā)現(xiàn)10kV1號(hào)主進(jìn)線(xiàn)柜后門(mén)處溫度達(dá)34.8℃(見(jiàn)圖9),比其他開(kāi)關(guān)柜柜體表面溫度髙出14.8℃，比環(huán)境溫度高24.8℃；1號(hào)主進(jìn)線(xiàn)柜前門(mén)處溫度達(dá)27.0℃(見(jiàn)10)，比其他開(kāi)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(hào)主進(jìn)線(xiàn)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(cè)溫時(shí)，10kV1主進(jìn)線(xiàn)柜負(fù)荷電流1152A。
圖9 1OkV1號(hào)主進(jìn)線(xiàn)柜后門(mén)處紅外測(cè)溫圖譜
圖10 10kV1號(hào)主進(jìn)線(xiàn)柜前門(mén)處紅外測(cè)溫圖譜
接著測(cè)量10kV1號(hào)主進(jìn)線(xiàn)封閉母線(xiàn)橋（開(kāi)關(guān)柜端）表面溫度達(dá)31.0℃(見(jiàn)圖11)，比其他開(kāi)關(guān)柜柜體表面溫度高出與該開(kāi)關(guān)柜后門(mén)處溫度相比低3.8℃，說(shuō)明發(fā)熱點(diǎn)不在封閉母線(xiàn)橋，可能在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)手車(chē)動(dòng)、靜觸頭及其母線(xiàn)排連接部位。
3日后，10kV1號(hào)主進(jìn)線(xiàn)柜停電檢查。將手車(chē)?yán)龉裢?，立即?duì)手車(chē)進(jìn)行紅外測(cè)溫（余溫），手車(chē)B相動(dòng)觸頭整體溫度42.7℃(余溫）（見(jiàn)圖12)，B相動(dòng)觸頭前部溫度為46℃(余溫)（見(jiàn)圖13)，手車(chē)母線(xiàn)側(cè)靜觸頭溫度為48.5℃(余溫）（見(jiàn)圖14),開(kāi)關(guān)柜后的穿板套管處溫度39.2℃(余溫）（見(jiàn)圖15),在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)后部的手車(chē)母線(xiàn)側(cè)靜觸頭盒附近的母線(xiàn)排溫度64.6℃(余溫）（見(jiàn)圖16)。由此證明手車(chē)動(dòng)、靜觸頭接觸部位不是發(fā)熱點(diǎn)，開(kāi)關(guān)柜后的穿板套管處也不是發(fā)熱點(diǎn)；1號(hào)主進(jìn)線(xiàn)柜手車(chē)母線(xiàn)側(cè)靜觸頭座與母線(xiàn)排連接觸部位是發(fā)熱點(diǎn)。
通過(guò)分析紅外測(cè)溫圖譜，可以清晰地看到10kV1號(hào)主進(jìn)線(xiàn)柜體后部發(fā)熱。停電檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)主變壓器10kV1號(hào)主進(jìn)開(kāi)關(guān)柜后門(mén)內(nèi)B相母線(xiàn)排絕緣熱縮管因受熱燒開(kāi)裂紋、變黑，母線(xiàn)排與手車(chē)母線(xiàn)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(shū)，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(duì)設(shè)備進(jìn)行紅外測(cè)溫以外，在大負(fù)荷情況下應(yīng)進(jìn)行有重點(diǎn)的測(cè)溫，檢修人員應(yīng)進(jìn)行專(zhuān)業(yè)化的測(cè)溫。
（4）開(kāi)關(guān)柜內(nèi)鋁母線(xiàn)排更換為銅母線(xiàn)排。
（5）高壓開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行中，使用紅外熱成像儀測(cè)溫，只能對(duì)柜體外部檢測(cè)，很難直接發(fā)現(xiàn)發(fā)熱點(diǎn)，需要進(jìn)行對(duì)比分析。對(duì)開(kāi)關(guān)柜各部位檢測(cè)后，再與環(huán)境溫度對(duì)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(kāi)關(guān)柜表面溫度，若相差較多，溫度高的開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部有發(fā)熱點(diǎn)。對(duì)于有發(fā)熱現(xiàn)象的開(kāi)關(guān)柜，可以在加強(qiáng)**監(jiān)護(hù)的情況下，打開(kāi)柜門(mén)進(jìn)行測(cè)溫，檢查具體的發(fā)熱點(diǎn)。設(shè)備停電操作后，立即測(cè)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(chē)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(duì)10kV開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行紅外測(cè)溫時(shí)，發(fā)現(xiàn)10kV1號(hào)主進(jìn)線(xiàn)柜后門(mén)處溫度達(dá)27.8℃，比環(huán)境溫度高13.8℃；1號(hào)主進(jìn)線(xiàn)柜前門(mén)處溫度達(dá)26.0℃，比環(huán)境溫度高12.0℃。由此分析1號(hào)主進(jìn)線(xiàn)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(cè)溫時(shí)，10kV1號(hào)主進(jìn)線(xiàn)柜負(fù)荷電流1252A。
經(jīng)專(zhuān)業(yè)人員檢查，判定開(kāi)關(guān)柜母線(xiàn)室、后下柜沒(méi)有發(fā)熱情況，手車(chē)A、B相母線(xiàn)側(cè)動(dòng)、靜觸頭和A相下動(dòng)、靜觸頭接觸部位發(fā)熱。開(kāi)關(guān)柜停電檢查，將手車(chē)?yán)龉裢?，發(fā)現(xiàn)手車(chē)A相母線(xiàn)側(cè)（上部）動(dòng)觸頭端部缺少1根壓緊彈簧，手車(chē)A相下動(dòng)觸頭和B相母線(xiàn)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(jiàn)圖17)。檢查手車(chē)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(jiàn)圖18)。
圖17 手車(chē)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(méi)有燒蝕情況。更換壓緊彈簧，消除缺陷，10kV1號(hào)主進(jìn)線(xiàn)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(xiàn)開(kāi)關(guān)柜手車(chē)動(dòng)觸頭壓緊彈簧出現(xiàn)上述斷裂隱患（見(jiàn)圖19),由此判定屬于家族性缺陷。
同一變電站、同一型號(hào)開(kāi)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(wèn)題。由于手車(chē)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(chē)A相下動(dòng)觸頭和B相母線(xiàn)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(chē)導(dǎo)電桿之間發(fā)熱。手車(chē)動(dòng)觸頭壓緊彈簧斷裂，可能造成10kV母線(xiàn)接地、弧光短路，也可能因手車(chē)動(dòng)、靜觸頭放電拉弧而造成母線(xiàn)短路事故。該變電站10kV開(kāi)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(chē)動(dòng)觸頭壓緊彈簧
預(yù)防措施
（1）堅(jiān)持定期對(duì)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)主導(dǎo)流接觸部位進(jìn)行紅外測(cè)溫。
（1）斷路器手車(chē)?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(chē)動(dòng)觸頭裝配有無(wú)缺陷，檢查手車(chē)動(dòng)觸頭壓緊彈簧有無(wú)變形、變色和松脫，檢查有無(wú)受熱退火隱患。
（4）對(duì)同批次、同型號(hào)開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行排查，消除同類(lèi)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(chē)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(chē)操作中壓緊彈簧受機(jī)械損傷。
