浅析高压开关柜发热故障成因及处理措施

浅析高压开关柜发热故障成因及处理措施

河南森源电气股份有限公司河南省461500

摘要:高压开关柜是供配电企业重要的变配电设备,直接关系到电能供电的可靠性和经济性。在日常检修、维护过程中可发现,高压开关柜的触头是最容易出现故障或事故的部位,常常由于触头松动接触不良、开关弹簧性能老化、外部环境差形成接触面不洁等因素引起开关柜触头发热,实际温度升高等异常工况,极易造成开关设备发生烧毁、变形而导致系统发生大面积停电事故,其不仅影响系统供电的可靠性,同时还在一定程度上增加了单位电能成本,降低了供配电企业的经济效益。

关键词:高压开关柜;发热故障;原因;措施

引言:高压开关柜由于具有操作方便、安全可靠等特点被广泛应用于发电厂、变电所以及工农业生产中。现对手车式高压开关柜在实际运行过程中发生的温升及发热故障的现状进行分析探讨后,总结了高压开关柜触头发热的主要原因,并结合运行经验,提出了可行、实用的预防和处理措施,有效提高了开关柜的综合电气性能,保障了供配电可靠性。

1高压开关柜手车触头发热的危害

高压开关柜是发电、输电、供配电、用电企业电能传输和调度的主要电气设备,其内部稳定的电磁交融环境是电能输送的有效保障。高压开关柜作为一次核心电气设备,如果发生故障将会严重影响供电可靠性。在实际运行中我们发现,高压开关柜手车触头温升及发热故障是最为普遍的,不仅会造成电气设备的损害,而且整个检修周期相对较长,给企业带来巨大的经济损失。

高压开关柜手车触头发热并不是一个瞬时故障,它是一个渐变的恶性循环过程。在柜内开关设备或运行环境出现异常情况后,触头接触面的温度就会升高,并在持续的电流发热效应下,触头温度逐步上升。当触头温升超过绝缘套管或柜内电流互感器的额定耐热水平时,就会造成套管绝缘受到损坏,电流互感器发生炸裂等严重事故,对地或对相邻设备放电的通道而引起的单相或两相间短路故障,从而将触头故障扩大到引发大量附属设备损害的严重事故,造成电力变压器或供配电系统运行工况发生波动,影响系统的稳定性,甚至会由于设备发热或爆炸引起火灾。

大多数高压开关柜手车触头均采用铜排来连接,由于铜排具有良好的传热性能,会将发热量转换为铜排自身的热量,从而严重影响开关柜内部对应触头的开闭性能。在触头温升事故发生后,整个开关柜的检修维护处理起来相当麻烦,且很难恢复各开关的电气性能。当发生大面积附属设备烧毁事故后,由于变配电所备用备件数目或类型的不全,就会导致整个检修周期变长,造成供电区大面积停电时间加长,给人们日常生活带来不便,同时给供配电企业、生产企业造成直接或间接的巨大经济损失。

几乎所有的高压开关柜手车触头的连接均利用铜排,但是金属铜不仅具有良好的导电性能,更具有优秀的导热性能。高压开关柜在工作状态中形成的热量会使铜排快速加热,导致高压开关柜内部对应触头的开闭性能受到严重影响。一旦高压开关柜手车触头出现发热事故,如果要对高压开关柜进行全面系统地检修和修护时不仅过程麻烦,而且比较困难。即便经过检修维护处理,开关的电气性能也基本上得不到完全的恢复。

2高压开关柜的过热故障成因

一般开关柜选型都会根据系统容量及设备的使用标准进行动稳定、热稳定校验,但在实际运行中,仍有较多复杂因素导致开关柜的过热故障。根据笔者积累的开关柜运行管理经验,分析开关柜过热故障的主要原因有几个方面。

2.1柜内设备异常发热

不管用哪种材料进行电力传输,都有材料阻值存在。在电流和电压的作用下,设备会产生正常的热损耗,但是,当电流回路某一接头的阻值过大,该部位空隙会发生放电,发热量将急剧增大,当开关柜正常散热无法使热量快速消散,就会使本部位的温度异常升高,开关柜易形成过热故障的部位如下:①10kV侧的母排、刀闸都是设置于开关柜狭小的空间内,母排为增加绝缘往往使用绝缘热缩套管,如母排铜质不过关或连接点不紧固会造成接触电阻增大;②开关柜隔离刀闸的静、动触头咬合不紧、接触不良形成相应的空隙,电流在此处形成局部放电,剧烈发热升温,运行中发生此类热故障的概率较高;③柜内电流互感器(CT)普遍采用全密封环氧树脂浇注式结构,该结构一次绕组及铁芯散热效果均较差,且在大电流回路中一般会增加两个连接接头发热源,导致大电流运行时内部CT发热问题严重。

2.2防护等级因素造成的散热不畅

为防止人体意外接触开关柜的高压带电部分和异物进入开关柜引起设备短路,目前,开关柜基本采用金属全封闭外壳,通用标准要求金属外壳达到IP4X防护等级,即能阻挡直径大于1.0mm的金属丝或厚度大于1.0mm的窄条等物体进入的防护标准,这大大约束了开关柜热量排出效率。假如,柜内设备发生异常过热,那仅靠柜体_内部的自然通风系统或强制排风系统是达不到散热要求的,这将导致柜内元件绝缘性能在散热不畅的较高温度环境下逐渐劣化,埋下开关柜过热事故隐患。

2.3柜体涡流发热

高压开关柜内部结构设计及材料组合选择不当,大电流柜涡流发热会导致严重的异常升温。汕头供电局在负荷高峰期对各站重要设备进行红外热成像缺陷普查,曾发现辖内220kV站主变低开关柜B-C相和A-B相柜内隔板发热达85℃左右,并致使该开关柜柜体温度达90℃,后经确认,主母线是通过大电流在普通钢隔板上产生较大涡流而发热,再加上该早期开关柜产品的自然及强制排风系统设计不合理,导致了该部位异常发热。

2.4运行维护因素

目前,成套开关柜按标准均通过1.1倍的温升及热稳定校验合格才能投运,但在用电高峰季节或检修方式下,受电网结线和片区供电能力限制,迫使有些变电站主变长期处于满负荷甚至过载状态,往往造成主变低压进线柜和馈线柜通过较大的电流,造成柜内元器件发热量增大。另外,开关柜的定检、预试及维护质量也直接关系到开关柜的异常温升,如,日常检修清扫忽略了对柜内灰尘及蜘蛛网等的清除,使设备的绝缘能力降低,狭小的散热空间更降低了柜内散热的效率。

2.5环境条件因素

国内气候报告显示,我国南方夏季室外温度维持在35℃~40℃,少数地区超过40℃,叠加设备本身散发的热量,将导致配电室内环境温度过高,如开关柜采用传统散热方式,加上通风设施欠缺,则会间接增大室内的灰尘、湿气的进入量,使开关柜处于较恶劣的运行环境,这将加剧开关柜内一次元件的发热,形成开关柜的异常发热。

3结束语

高压开关柜具有防护性能好、“五防”闭锁功能可靠、维护方便、操作简单、运行可靠性高等优点,被广泛应用于开断重要负荷和频繁操作的场所。文章结合笔者对开关柜安全运行的体会,分析了导致开关柜发热故障的主要原因主要是由开关柜的封闭结构、紧凑设备安装、柜内设备异常温升、运行维护失当、运行环境恶劣等原因造成的,提出了从设备选型准入、更换改造、运行管理及采用快速保护的综合防控措施,避免和减少开关柜发热故障的发生和扩大,提高供电系统的安全性、可靠性、经济性。

参考文献

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[2]王春生,杨志淳,漆璇.一种基于气体传感的新型中高压开关柜过温监测系统的研制[J].高压电器,2011,(2).

[3]李毅,周飞,汤峻等.一起10kV开关柜起火故障分析[J].江苏电机工程,2011,(1).

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