DQZHAN技術訊：知識！高壓開關柜內部發(fā)熱隱患分析及預防
柜內設備因運維、檢修問題導致發(fā)熱
1、高壓開關柜出線室底板發(fā)熱導致電纜故障
案例
某llOkV變電站僅有1臺主變壓器。某日，報出“35kV母線接地”信號,檢查為A相故障；接著35kV出線PD線和PW線同時由過流I段保護動作跳閘?，F(xiàn)場檢査設備，發(fā)現(xiàn)PD線開關柜后下門冒出黑煙，打開柜門，發(fā)現(xiàn)A相電纜終端嚴重燒損，電纜終端絕緣層幾乎被電弧完全燒熔，露出電纜內部導體（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線開關柜內設備，除看到A相電纜終端嚴重燒損以外，其余無異常。柜內無弧光短路跡象，電纜終端線夾無燒熔現(xiàn)象。
圖1 PD線開關柜A相電纜終端燒損情況
在開關柜下面的電纜隧道內，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）。A相電纜終端流過大負荷電流時，形成閉合磁路的鐵板上有感應電流，產生熱量對電纜終端的外絕緣構成嚴重威脅。
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，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，由于系統(tǒng)B、C相對地電壓升高,PW線C相絕緣薄弱點擊穿而形成不同線路兩點接地短路，兩條線路保護裝置同時動作跳閘。
PD線A相電纜的絕緣薄弱點，可能是電纜敷設時的施工質量或維護質量問題。
預防措施
（1）規(guī)范電纜終端制作工藝，提高電纜終端制作質量，杜絕“野蠻施工”。電纜分相穿過底板的敷設方式，開關柜出線室底部鐵板不允許形成閉合磁路。
（2）開關柜出線室底板應采用非導磁材料制作。
（3）開關柜出線室的底板采用鐵板時，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高壓開關柜手車動、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開關柜進行紅外測溫時，發(fā)現(xiàn)10kV甲開關柜前門處溫度達34.5℃(見圖3),當時負荷電流350A。而乙開關柜在負荷電流330A的情況下，同一部位溫度為28.4℃（見圖4),兩開關柜前門溫度相差6.1℃。
隨后多次追蹤測溫，發(fā)現(xiàn)甲開關柜溫度持續(xù)升高，且比其他開關柜溫度偏高。2年后某日，晴，環(huán)境溫度30℃，負荷電流360A;檢測該開關柜前門處溫度*高為55℃：(見圖5)。將該開關柜后柜門拆掉進行測溫，發(fā)現(xiàn)手車母線側靜觸頭盒溫度*高為69.1℃(見圖6)。由此懷疑手車動、靜觸頭可能接觸**。
圖5 甲開關柜前門紅外測溫圖譜
圖6 乙關柜母線側靜觸頭盒紅外測溫圖譜
將手車拉至開關柜外檢查，發(fā)現(xiàn)手車上、下動觸頭臂絕緣筒燒損變形，動觸頭基座復合材料已受熱損壞（見圖7)。
圖7 手車幵關受損情況
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，造成接觸**導致發(fā)熱。故障部位首先起于靜觸頭座與母線排連接處，受熱傳導作用，造成動觸頭燒損。動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)熱缺陷應有一個逐步發(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)；如不能及時發(fā)現(xiàn)，將造成嚴重的設備事故。
預防措施
（1）堅持定期對開關柜內主導流接觸部位進行紅外測溫。
（2）斷路器手車拉出柜外檢修時，應更換老化、疲勞的壓緊彈簧和銹蝕的螺栓，并采取防銹措施。
（3）規(guī)范設備安裝調試工藝，保障手車動、靜觸頭接觸行程符合標準。設備安裝調試時，必須測量動、靜觸頭接觸行程。
（4）安裝調試和檢修時，應測量手車動、靜觸頭接觸電阻符合規(guī)定。
（5）利用母線停電機會，檢查各手車動、靜觸頭接觸行程，檢查靜觸頭座連接螺栓壓緊有無松動，及時發(fā)現(xiàn)并消除隱患。
（6）開展開關柜運行溫度檢測，對溫度異常的開關柜強化監(jiān)測、分析和處理，防止導電回路過熱引發(fā)的柜內短路故障。
（7）開關柜內有很多有機絕緣部件，受熱后絕緣性能會不可逆的逐步喪失，可能引起火災。因此，其主導流接觸部位的*髙允許溫度、發(fā)熱缺陷定性方面的規(guī)定，應與裸露的金屬導體的接觸部位*高允許溫度、發(fā)熱缺陷定性規(guī)定有區(qū)別。建議開關柜內主導流接觸部位的*高允許溫度值、發(fā)熱缺陷定性溫度值降低10℃。
(8)制造廠應嚴格把好產品質量關，規(guī)范裝配工藝，特別要提高廠內裝配質量。所有螺栓的緊固力矩，應作出明確規(guī)定并達到要求。
3、高壓開關柜內母線排與手車觸頭座接觸部位發(fā)熱
案例
某日，晴，高壓室內環(huán)境溫度10℃。某llOkV變電站對10kV開關柜進行紅外測溫時，發(fā)現(xiàn)10kV1號主進線柜后門處溫度達34.8℃(見圖9),比其他開關柜柜體表面溫度髙出14.8℃，比環(huán)境溫度高24.8℃；1號主進線柜前門處溫度達27.0℃(見10)，比其他開關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號主進線柜內有發(fā)熱缺陷，具體發(fā)熱部位需要進一步查證。測溫時，10kV1主進線柜負荷電流1152A。
圖9 1OkV1號主進線柜后門處紅外測溫圖譜
圖10 10kV1號主進線柜前門處紅外測溫圖譜
接著測量10kV1號主進線封閉母線橋（開關柜端）表面溫度達31.0℃(見圖11)，比其他開關柜柜體表面溫度高出與該開關柜后門處溫度相比低3.8℃，說明發(fā)熱點不在封閉母線橋，可能在開關柜內手車動、靜觸頭及其母線排連接部位。
3日后，10kV1號主進線柜停電檢查。將手車拉出柜外，立即對手車進行紅外測溫（余溫），手車B相動觸頭整體溫度42.7℃(余溫）（見圖12)，B相動觸頭前部溫度為46℃(余溫)（見圖13)，手車母線側靜觸頭溫度為48.5℃(余溫）（見圖14),開關柜后的穿板套管處溫度39.2℃(余溫）（見圖15),在開關柜內后部的手車母線側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、靜觸頭接觸部位不是發(fā)熱點，開關柜后的穿板套管處也不是發(fā)熱點；1號主進線柜手車母線側靜觸頭座與母線排連接觸部位是發(fā)熱點。
通過分析紅外測溫圖譜，可以清晰地看到10kV1號主進線柜體后部發(fā)熱。停電檢查時，發(fā)現(xiàn)主變壓器10kV1號主進開關柜后門內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靜觸頭座連接處螺栓松動，接觸**，導致運行中發(fā)熱。
預防措施
（1）修改有關檢修維護規(guī)程，規(guī)范、完善設備檢修維護作業(yè)指導書，防止必要的作業(yè)流程被遺漏。
（2）規(guī)范設備小修項目工藝，規(guī)定主導流部位螺栓緊固力矩。
（3）除運維人員正常按周期對設備進行紅外測溫以外，在大負荷情況下應進行有重點的測溫，檢修人員應進行專業(yè)化的測溫。
（4）開關柜內鋁母線排更換為銅母線排。
（5）高壓開關柜運行中，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，需要進行對比分析。對開關柜各部位檢測后，再與環(huán)境溫度對比，高出環(huán)境溫度較多，證明柜內有發(fā)熱點。相同環(huán)境溫度下，負荷電流相差不大的各開關柜表面溫度，若相差較多，溫度高的開關柜內部有發(fā)熱點。對于有發(fā)熱現(xiàn)象的開關柜，可以在加強**監(jiān)護的情況下，打開柜門進行測溫，檢查具體的發(fā)熱點。設備停電操作后，立即測量各部位的余溫，也是檢查具體發(fā)熱點的方法。
4、10kV手車動觸頭壓緊彈簧損壞引起接觸部位發(fā)熱
案例
某日，晴，高壓室內環(huán)境溫度14℃。某llOkV變電站對10kV開關柜進行紅外測溫時，發(fā)現(xiàn)10kV1號主進線柜后門處溫度達27.8℃，比環(huán)境溫度高13.8℃；1號主進線柜前門處溫度達26.0℃，比環(huán)境溫度高12.0℃。由此分析1號主進線柜內有發(fā)熱缺陷，具體發(fā)熱部位需要進一步查證。測溫時，10kV1號主進線柜負荷電流1252A。
經(jīng)專業(yè)人員檢查，判定開關柜母線室、后下柜沒有發(fā)熱情況，手車A、B相母線側動、靜觸頭和A相下動、靜觸頭接觸部位發(fā)熱。開關柜停電檢查，將手車拉出柜外，發(fā)現(xiàn)手車A相母線側（上部）動觸頭端部缺少1根壓緊彈簧，手車A相下動觸頭和B相母線側動觸頭導電桿絕緣護筒側各缺少1根壓緊彈簧(見圖17)。檢查手車靜觸頭情況時，發(fā)現(xiàn)相應的靜觸頭盒內**有脫落的壓緊彈簧（見圖18)。
圖17 手車動觸頭缺失壓緊彈簧情況圖
圖18 **在靜觸頭盒內的壓緊彈簧
檢查靜觸頭盒內脫落的壓緊彈簧，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號主進線柜恢復運行正常。
此后，利用停電機會進行隱患排查，共發(fā)現(xiàn)該變電站先后有7個10kV出線開關柜手車動觸頭壓緊彈簧出現(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、同一型號開關柜出現(xiàn)相同的設備隱患，應該是壓緊彈簧質量問題。由于手車在上次推入運行位置操作后，動觸頭壓緊彈簧斷裂，緊固力下降，觸指與靜觸頭的接觸壓力下降，接觸電阻進一步增大，接觸部位發(fā)熱。手車A相下動觸頭和B相母線側動觸頭導電桿絕緣護筒側壓緊彈簧斷裂，使動觸頭與手車導電桿之間發(fā)熱。手車動觸頭壓緊彈簧斷裂，可能造成10kV母線接地、弧光短路，也可能因手車動、靜觸頭放電拉弧而造成母線短路事故。該變電站10kV開關柜內多次發(fā)生壓緊彈簧斷裂，均未造成事故，很值得慶幸。
圖19 斷裂的手車動觸頭壓緊彈簧
預防措施
（1）堅持定期對開關柜內主導流接觸部位進行紅外測溫。
（1）斷路器手車拉出柜外檢修時，應更換老化、疲勞的壓緊彈簧。
（3）設備停電檢修時，認真檢查手車動觸頭裝配有無缺陷，檢查手車動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、同型號開關柜進行排查，消除同類隱患。
（5）制造廠應嚴格把好產品質量關，規(guī)范裝配工藝，提高壓緊彈簧的制造質量，特別要提高廠內裝配質量。設備質量驗收時，嚴格檢查手車操作的靈活性、準確性，防止動、靜觸頭接觸位置偏差，導致手車操作中壓緊彈簧受機械損傷。
