大電流開關柜運行發熱探討

孔德晶 項駿杰

摘 要：針對大電流開關柜運行發熱事故，根據現場情況和具體數據展開事故調查，通過探討及市場調查，給出分析結論及解決辦法，并對后續運行情況進行了跟蹤說明。

關鍵詞：大電流開關柜;隔離開關;線路差動保護;環流;渦流

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.146

1 概述

2018年4月24日11點24分，某電廠80MW發電機組主開關跳閘，當時發電機負荷為68MW。經查為發電機出口開關柜爆炸引起。

開關柜內隔離開關動靜刀經擦拭發現動靜刀邊緣均有不同程度的熔燒痕跡。

隔離開關C相刀與右側壁有放電燒損現象，而靠后側壁燒損嚴重，經查C相導體對側壁空氣凈距離150mm左右。

斷路器下口與發電機出口C相搭接面出有一個螺栓已燒熔，三相搭接面均有燒熔現象，四片主母線中有一片燒灼情況嚴重，其余較輕。

與隔離開關連接的母線經擦拭后發現是熱縮套管燃燒后表面熏黑所致，母線本體完好。

柜頂風斗變形嚴重，隔離焊接背護板被沖開。

緊鄰的線路開關柜中隔離開關柜鎖緊裝置未鎖緊，隔離開關動靜刀之間有間隙，其中A相動刀有彈簧燒斷脫落于柜中。

事發前一天凌晨兩點左右，斷路器有過一次跳閘，當時未找到原因，繼續投入運行，第二天就發生了本次事故。

2 事故調查

本次發電機出口開關柜事故，運行人員反映10kV線路差動保護未投入，綜保技術人員現場也查詢確認了。10kV線路差動保護未投入時，突變量啟動和錄波功能正常，23號23：03：42，24號02：59：05，24號11：14：28突變量啟動了整組保護即SOE中的保護跳閘，實際不是保護動作輸出，沒有差流是差動保護范圍外故障，可能是本次事故中發電機出口開關柜開始處，或隔離開關，或是有螺絲融化掉落的10kV直饋線柜。

發電機出口PT，發電機匝間保護PT（縱向零序過壓保護動作跳發電機）和發電機中性點PT都有開口零序電壓，疑似發電機中性點隔離開關斷開。

110kV電站2號主變低壓側開關跳閘，管母的2段進線開關未跳閘，110kV電站2號主變低壓側開關跳閘的保護為復壓過流2段保護動作。

經過與市場主流的開關柜成套廠、隔離開關廠聯系溝通，及參考相關設計資料，了解到目前80MW機組的大電流柜隔離開關以8000A為主。隔離開關廠供的數據顯示，2017年僅該開關柜成套公司向其購買了11套7000A（其中3套用于本工程），也購買了8套8000A，具體運行情況不詳。其他開關柜成套廠、隔離開關廠沒有使用7000A等級。隔離開關廠有5000A和8000A的試驗報告，沒有7000A的試驗報告。

該開關柜成套公司的大電流柜產品樣本和試驗報告中隔離開關均為7000A，其中試驗報告中顯示溫升試驗性能合格。設備招標澄清過程中，該開關柜成套公司堅持選用7000A，同時書面承諾隔離開關質量可靠，能在額定電流下（5500A、85MW發電機）長期穩定運行，并有相應的防渦流措辭。

事故保護數據顯示發電機差動保護先動作，結合現場實際情況，直接引起事故停機的起始點為發電機出口開關柜后隔離室內，發電機銅排進線C相對地進而相間放電弧光，而非隔離開關處。

但非事故柜內出現了隔離開關螺絲熔斷跌落，現場隔離開關的工作位置不到位情況。

大電流導體的周圍空間存在著強大的交變電磁場，位于周圍的鋼鐵構件，如導體和絕緣子的金具、支持導體結構的鋼梁、鋼柱等，由于渦流和磁滯損耗而發熱。對于由鋼構組成的閉合回路，如導體支持結構，還可能感應產生環流而發熱。鋼構中的損耗和發熱隨著導體工作電流增加而急劇增大。對于工作電流較大時，鋼構損耗可能接近或超過導體自身的損耗，引起鋼構過熱，危機人身安全和電器的正常工作，影響裝置的安全經濟運行。合理加大鋼構與導體的距離，合理選擇鋼構與導體間的相對位置，使鋼構與導體垂直，以便不產生感應電勢和環流。鋼構回路宜采用絕緣板或絕緣墊斷開。母線金具損耗的處理，以前母線金具設計主要從強度和結構上考慮，而對損耗發熱很少注意。由于金具經常處在強磁場中，雖不使鋼件構成包圍母線的閉合磁路，但損耗發熱很大。由于金具產生的熱量通過導體和絕緣子傳遞，本體溫度不是很高，但由于金具數量多，總的損耗發熱也大，金具材料建議采用非磁性。

3 分析結論

發電機出口開關柜后隔離室內，發電機銅排進線C相對地進而相間放電弧光[1]，引起后隔離室爆炸并燒壞柜內銅排熱縮套管，穿墻套管及柜體。發電機差動保護動作跳開發電機出口斷路器，廠用快切裝置啟動將廠用電源切換至110kV變電站10kV二段母線，深度限流裝置斷路器進行了先分后合。由于系統側故障回路持續存在引起110kV變電站#2主變10kV總電源斷路器跳閘。

4 解決辦法

考慮到這次事故的影響，且之前出現過10kV三側光差突變量啟動，發電機縱向零序電壓保護動作，#2 35kV聯絡線保護突變量啟動及相電流差流越限啟動，同時結合電廠意見，需對以下設備進行檢查并盡快恢復生產。

（1）發電機，尤其是匝間絕緣。

（2）10kV開關柜和35kV開關柜，尤其是隔離開關的工作位置到位情況，靜刀和動刀之間距離及發熱。隔離開關金屬附件、彈簧、緊固螺栓是否為非導磁材料需進一步確認。

（3）大電流回路的環流及渦流發熱。開關柜成套公司防渦流措施，在關鍵部位設置非導磁材料不銹鋼板和不銹鋼角鋼， 搭接母排的緊固螺栓應該采用非導磁材料。大電流柜銅排自身發熱和電磁感應柜體發熱嚴重。開關柜成套公司6300A大電流柜采用的是自然空冷，應該強制風冷設置柜體散熱風機。測溫裝置及通訊后臺。

（4）深度限流裝置，尤其是邏輯判斷功能。

（5）10kV三側光差保護需正常投入。

5 后續跟蹤

開關柜成套公司提供解決方案，3臺大電流柜增加柜頂風扇進行強制通風，增加強制通風。發電機額定輸出時，大電流柜主回路銅排溫度最高時45°C，后續運行良好。

參考文獻：

[1]薛峰.怎樣分析電力系統故障錄波圖[M].