高壓開關柜發熱故障分析及運維策略

孫源 王海山 王琳

摘要：高壓開關廣泛應用于電廠、變電站、工業和農業等領域，具有操作方便、安全可靠等特點。本文在分析和討論了高壓開關設備實際運行中溫升和發熱故障的現狀后，總結了高壓開關設備接觸發熱的主要原因，并結合運行經驗，提出了切實可行的預防和處理措施，有效提高了開關設備的綜合電氣性能，保證了供配電的可靠性。

關鍵詞：高壓開關柜;發熱故障;運維策略

一、高壓開關柜運發熱故障分析

（一）柜內設備異常發熱

不管用哪種材料進行電力傳輸，都有材料阻值存在。在電流和電壓的作用下，設備會產生正常的熱損耗，但是，當電流回路某一接頭的阻值過大，該部位空隙會發生放電，發熱量將急劇增大，當開關柜正常散熱無法使熱量快速消散，就會使本部位的溫度異常升高，開關柜易形成過熱故障的部位如下：①10kV側的母排、刀閘都是設置于開關柜狹小的空間內，母排為增加絕緣往往使用絕緣熱縮套管，如母排銅質不過關或連接點不緊固會造成接觸電阻增大;②開關柜隔離刀閘的靜、動觸頭咬合不緊、接觸不良形成相應的空隙，電流在此處形成形成局部放電，劇烈發熱升溫，運行中發生此類熱故障的概率較高;③柜內電流互感器（CT）普遍采用全密封環氧樹脂澆注式結構，該結構一次繞組及鐵芯散熱效果均較差，且在大電流回路中一般會增加兩個連接接頭發熱源，導致大電流運行時內部CT發熱問題嚴重。

（二）防護等級因素造成的散熱不暢

為防止人體意外接觸開關柜的高壓帶電部分和異物進入開關柜引起設備短路，目前，開關柜基本采用金屬全封閉外殼，通用標準要求金屬外殼達到IP4X防護等級，即能阻擋直徑大于1.0mm的金屬絲或厚度大于1.0mm的窄條等物體進入的防護標準，這大大約束了開關柜熱量排出效率。

（三）柜體渦流發熱

高壓開關柜內部結構設計及材料組合選擇不當，大電流柜渦流發熱會導致嚴重的異常升溫。汕頭供電局在負荷高峰期對各站重要設備進行紅外熱成像缺陷普查，曾發現轄內220kV站主變變低開關柜B-C相和A-B相柜內隔板發熱達85℃左右，并致使該開關柜柜體溫度達90℃，后經確認，主母線是通過大電流在普通鋼隔板上產生較大渦流而發熱，再加上該早期開關柜產品的自然及強制排風系統設計不合理，導致了該開門異常發熱。

（四）運行維護因素

目前，成套開關柜按標準均通過1.1倍的溫升及熱穩定校驗合格才能投運，但在用電高峰季節或檢修方式下，受電網結線和片區供電能力限制，迫使有些變電站主變長期處于滿負荷甚至過載狀態，往往造成主變低壓進線柜和饋線柜通過較大的電流，造成柜內元器件發熱量增大。

（五）環境條件因素

國內氣候報告顯示，我國南方夏季室外溫度維持在35℃～40℃，少數地區超過40℃，疊加設備本身散發的熱量，將導致配電室內環境溫度過高，如開關柜采用傳統散熱方式，加上通風設施欠缺，則會間接增大室內的灰塵、濕氣的進入量，使開關柜處于較惡劣的運行環境，這將加劇開關柜內一次元件的發熱，形成開關柜的異常發熱。

二、開關柜運維和改進建議

分析高壓開關柜的發熱故障及運維難點，筆者認為可以從以下幾個方面的工作著手，做好新投產開關柜設備的入網管控和存量設備的運維改造。

（一）對于新入網的開關柜設備

（1）修編完善開關柜技術協議

1）增大進線和分段柜負荷裕度。對于3150A開關柜可以滿足要求的情況，建議使用4000A開關柜替代，相應的梅花觸頭、靜觸頭和觸頭盒等部件也按照4000A標準配置。2）母排須使用3層TMY10mm×120mm銅排，關鍵部位銅導體鍍銀層厚度須≥15um。 3）大電流開關柜柜面和母線籠需開設散熱孔;并合理設置氣道;柜頂須配置橫流風機，風機應具備不停電更換的條件。4）固定式大電流開關柜，在前后柜門合適位置需開設紅外觀察窗，能透過紅外線，以便于對柜內刀閘等設備進行檢查和紅外測溫。5）需選配質量可靠、運行穩定的溫控驅潮裝置，嚴禁使用曾發生過嚴重故障或事故的溫控驅潮裝置。

（2）開展出廠前抽檢工作

1）根據開關柜排產節點，適時在設備廠開展抽檢工作。對于大電流開關柜，建議依據出廠試驗要求逐條進行檢測和預驗收。

2）對于移開式大電流開關和刀閘小車，重點抽檢梅花觸頭壓緊力、插入深度、觸頭材質純度以及鍍銀層厚度等參數是否合格。

3）對大電流開關柜進行帶負荷溫升試驗，條件具備的情況下建議帶母線橋進行，重點檢查開關柜在1.1倍額定電流運行條件下的溫升情況。

（二）對于存量的開關柜設備

（1）有針對性地開展停電運維工作

通過上述分析，開關柜的發熱故障都集中在一些關鍵導電部位，對于開關柜的停電運維，可以更有針對性地開展。

1）對于固定式開關柜，重點做好GN22和GN30刀閘的檢修維護。2）對于移開式開關柜，重點做好大電流開關和刀閘小車動靜觸頭的檢查維護工作。3）對于歷史負荷較重或曾經發生過事故的變電站開關柜設備，要重點并加強頻度開展運維工作，可將周期縮短至1年甚至半年，并確保在每年迎峰度夏前運維一次。

（2）改造存在散熱和通流問題的開關柜

對于存在散熱和通流問題的開關柜，可與廠家人員現場溝通核實后，進行通流和散熱

1）合理設置大電流開關柜和母線籠氣道。2）在殼體適當部位增設散熱孔。3）在關鍵接觸面加裝輔助散熱部件。4）將傳統風扇改造成散熱效果更好并具備不停電更換條件的橫流風機，且風機可根據設定的負荷電流值自行啟停。5）將部分開關柜雙層銅排的主導電回路改造成三層銅排，增加設備通流能力。6）對長期運行氧化的鍍銀面進行打磨和重新電鍍銀處理，增強導體關鍵部位接觸效果。7）對因設計問題，存在渦流發熱情況的固定式開關柜刀閘安裝板進行改造更換。8）將移開式開關柜大電流開關、刀閘小車3150A的梅花觸頭更換為4000A梅花觸頭。9）將部分大電流開關、刀閘柜單螺栓固定的靜觸頭更換為5個螺栓固定的靜觸頭。10）將靜觸頭盒改用爬距更大、絕緣和散熱性能更好的4000A觸頭盒，相應的更換觸頭盒安裝板。

三、結語

發熱故障對高壓開關柜運行有著重大影響，必須要提高對此方面的重視，分析總結各影響因素，并有針對性的采取措施處理，對柜內溫度進行有效監測，通過技術改造與檢修維護，將發熱隱患消除在萌芽狀態。

參考文獻：

[1]郭躍東，郭麗華，郭小嫻.一起高壓開關柜發熱原因分析[J].電世界，2019，60（04）：24-25.

[2]賀韡.高壓開關柜發熱分析與改善措施[D].廣東工業大學，2018.

（作者單位：國網山東省電力公司茌平縣供電公司）