淺析10kV手車式金屬封閉開關柜觸頭發熱原因及對策

陳世昌

(廣東電網公司東莞供電局，東莞 523000)

淺析10kV手車式金屬封閉開關柜觸頭發熱原因及對策

陳世昌

(廣東電網公司東莞供電局，東莞 523000)

通過一起10kV手車式金屬封閉開關柜觸頭過熱故障的技術分析，對各種可能導致觸頭過熱的原因進行定位排查，提出幾種預防此類事故的措施和建議，以供讀者參考。

開關柜;觸頭;過熱;對策

1 引言

10kV手車式金屬封閉開關柜結構緊湊、占地省、操作方便、安全可靠等優點，在電力系統發電、變電、配電系統內得到廣泛應用。但手車式金屬封閉開關柜體積小、散熱條件較差，尤其是在靜觸頭室內散熱更加困難，而且難于對運行中手車式金屬封閉開關柜導體觸頭溫度進行監測，內部發熱故障隱蔽性強。近年來，運行中的手車式金屬封閉開關柜發生多起觸頭發熱故障，對系統的安全穩定運行帶來沖擊。本文通過對一起10kV手車式金屬封閉開關柜觸頭發熱故障調查，對引起故障的原因進行深入分析，并由此提出幾種預防此類事故的措施和建議，以供讀者參考。

2 金屬封閉開關柜內部結構特點

金屬封閉開關柜的一次設備分布在4個相互獨立的隔室內，分別為母線室、斷路器手車室、電纜室、繼電器儀表室，如圖1所示。開關柜除實現電氣連接、控制、通風而必須在隔板上開孔外，所有隔室呈封閉狀態。在出線室有連接出線電纜的3個主接頭與其他多個電氣連接點。以上所說連接點直接流過負荷電流，當負荷較大時存在隱患的連接點就會發熱。由于發熱點在密封柜內，運行中的柜門禁止打開，運行人員無法通過正常的監視手段發現內部發熱缺陷。一旦觸頭發熱嚴重時必然造成事故發生，影響系統安全運行。

圖1 手車式金屬封閉開關柜結構示意圖

3 一起金屬封閉開關柜發熱故障調查

3.1 現場故障情況調查

2012年4月25日8時28分，某站2#主變10kV側5020刀閘小車運行過程中出現三相短路故障導致2#主變差動保護差動電流速斷保護動作，跳開2#主變變高102開關、變低502甲、502乙開關，故障差動電流為7.15A(二次值)，折合一次電流峰值為4290A。現場調查發現5020刀閘手車B相靠主變側靜觸頭有明顯燒蝕痕跡，動觸頭梅花觸指僅剩余9只梅花觸指(共有32只觸指)，其余部分均已燒毀，刀閘小車后部存在明顯的相間短路放電痕跡，靜觸頭室及后部母線排CT均有明顯熏黑跡象，如圖2、圖3所示。

圖2 B相下動觸頭梅花觸指嚴重燒毀，僅剩9個觸指

圖3 刀閘導電桿后部存在明顯放電痕跡，為三相短路點

3.2 故障原因初步判斷

故障前，站內無任何進行開關分合或刀閘操作，相關線路亦無雷擊狀況，5020刀閘負荷電流為約為1709A，僅為其額定電流的54.3%，可排除過電壓或過負荷導致故障的可能性。綜合現場調查與保護故障錄波圖分析，將設備故障過程分析如下(大概分為三個階段):

(1)初始階段:因5020刀閘動觸頭梅花觸指與靜觸頭接觸不良，甚至是虛接，負荷電流僅流過接觸良好部分的觸指，導致這部分觸指的載流量超出其額定值，引起觸指的持續發熱，由于刀閘靜觸頭室相對密封，持續發熱產生的熱量無法及時疏散，引起動、靜觸頭溫度持續上升;

(2)發展階段:溫度的上升使得動觸頭壓緊彈簧產生膨脹導致其對觸指壓力下降，引起刀閘動靜觸頭接觸電阻增大。根據熱量與電流的關系式Q=I2Rt可知:在同等負荷條件下，當動靜觸頭的接觸電阻越大，產生的熱量就越多，靜觸頭室內的溫度也就越高。過高的環境溫度使得部分觸指開始熔化，甚至壓緊彈簧在此階段也可能出現熔斷，從而導致載流觸指數量進一步下降，導致剩余觸指載流量嚴重超出其設計的額定值。至此，觸指發熱進入了惡性循環階段;

(3)相間短路階段:靜觸頭室的高溫使得梅花觸指不斷熔化，空氣中出現汽化的銅粒子，急劇膨脹的空氣帶著銅粒子沖出靜觸頭室到達刀閘小車導電桿部位，從而導致5020刀閘相間空氣絕緣強度下降形成導電通道，引起相間短路故障。

4 金屬封閉開關柜觸頭發熱原因分析

觸頭導體接觸不良或載流量遠超出額定值是造成發熱的直接原因。在現場運行中，產生觸頭發熱的主要原因有:產品質量缺陷如:設備安裝工藝不良，導致觸頭接觸電阻超出管理值;金屬封閉柜內通風系統設計不合理導致散熱不良;負荷急劇多變等原因。

4.1 產品質量缺陷

設備材質的選擇不當，觸頭載流量設計容量不足或裝配質量不過關均可能引起發熱。如若小車式開關動觸頭的位置與靜觸頭的位置存在偏差，開關進入工作位置時觸頭部分就會接觸不良，從而引起發熱。

4.2 金屬封閉開關柜通風系統設計不合理

金屬封閉開關柜體積小，內部部件緊湊，熱源集中，本身散熱條件就是短板。如若通風系統設計不合理，導體正常運行時產生的熱量無法快速疏散，長期積累在開關柜內部各室內，將導致柜內溫度的持續上升。

5 建議措施

金屬封閉開關柜觸頭發熱是日常生產不可避免的難題，結合其結構特征，我們可以從如下幾個方面入手減少觸頭發熱情況，防止惡性事故發生，提高電網運行可靠性。

(1)增加通風孔或加裝強制冷卻裝置，以利于空氣流通，提高散熱能力。金屬封閉開關柜設備主要依靠對流散熱，在熱對流傳遞中，熱量傳遞的數量與熱對流系數、有效接觸面積和溫度差呈正比關系;熱對流系統越高、有效接觸面積越大、溫度差越高，所能帶走的熱量也就越多。由于有效接觸面積一定，環境溫度只能通過提高熱對流系數來改進散熱效果。因此需要應完善其自然通風系統，在開關柜的電纜室、母線室、斷路器室采取底部進風、頂部排風的專門通風通道的設計方式，使設備在運行中發生的熱量能有專門通風通道釋放，必要時還可以加裝強制冷卻裝置來提高散熱能力。

(2)嚴格把好新設備入網前的驗收關。對金屬封閉開關柜觸頭的材料選擇，觸指載流量的設計等參數進行校核，嚴格按照產品設計要求對安裝工藝進行驗收。開關柜導體接觸面應平整光滑，各部位壓緊螺絲應符合相關力矩要求，孔眼與螺栓之間不應有過大縫隙，保證手車動觸頭插入深度，并且接觸良好。現場交接試驗時應測量主回路導電回路電阻，測量值應與出廠前無明顯差別，從而保證觸頭不因接觸不良造成過度發熱。

(3)積極研究金屬封閉開關柜觸頭溫度監測新技術。隨著傳感器技術、信號處理技術、新材料技術日益成熟，實現開關柜觸頭溫度精確在線監測成成為了可能。例如預裝設光纖式測溫裝置、無線測溫裝置等措施，實時監測柜內設備的運行狀況，在觸頭發熱故障初始階段就進行狀態維護，從而實現金屬封閉開關柜安全穩定運行。

6 結語

金屬封閉開關柜雖然具有許多優點，但由于體積小，散熱空間小，存在散熱困難的特點。因此應對金屬封閉開關柜，特別是大電流柜上不進行通風改造，必要時在運行中加裝強冷卻裝置以加強散熱。有條件的地區可以裝設在線測溫裝置，實時監測柜內設備的運行狀況。通過這些措施可以及時發現與預防開關柜內部設備載流故障發生，提高設備運行可靠性。

［1］ 徐國政.高壓斷路器原理和應用［M］．北京:清華大學出版社，2000．

［2］ DL/T664－2008帶電設備紅外診斷技術應用導則［S］．北京:中國標準出版社，2008．

［3］ GB/T 11022－1999高壓開關設備和控制設備標準的共同技術要求［S］．北京:中國電力出版社，1999．

［4］ 王宏，張鐵10kV高壓開關柜常見故障分析和對策實施［J］．中國電力教育，2008．

［5］ 張寶星，一起10kV開關柜發熱異常的原因分析及對策［J］廣東輸電與變電技術，2010(2)．

The Reason and Countermeasure of the Contact Heating of 10kV M etal Sw itch Cubicle

CHEN Shi-chang
(Dongguan Power Supply Bureau，Guangdong Grid，Dongguan 523000，China)

By technical analysis to the contact overheat fault of10kV handcart closed metal switch cubicle，various reasons that lead to the contact overheathave been fixed and checked up．The paper puts forward severalmeasures and suggestions for preventing the faults，for your reference．

switch cubicle;contact;overheat;countermeasure

TM591

B

1004－289X(2013)03－0077－03

2012－06－15

陳世昌(1981－)，男，本科，畢業于華北電力大學，電氣試驗技師，助理工程師長期從事現場高壓試驗技術的研究。