高壓開關柜發(fā)熱和放電原因分析和改進措施

鑒曙光

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司能源動力廠，山東萊蕪 271104）

0 引言

萊鋼能源動力廠老區(qū)2#35 kV 變電站于2004 年投入使用，近幾年，站內變壓器低壓側6 kV 進線開關柜在實際運行中故障頻發(fā)，嚴重制約電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

1 現(xiàn)狀調查

（1）動力廠統(tǒng)計2018 年6 kV 進線斷路器觸頭運行溫度和對應時間，熱缺陷75 ℃以上運行94 天，嚴重熱缺陷90 ℃以上運行26 d，最高運行溫度達到92 ℃。

（2）動力廠應用局放檢測儀等手段對6 kV 進線開關柜進行局放檢測，測試結果如圖1 所示。開關柜柜內放電明顯，根據(jù)相位圖可以看到有一簇明顯的幅值較大的放電信號。

圖1 改進前開關柜局放檢測結果

2 原因分析

（1）變壓器低壓側6 kV 進線斷路器額定容量小，近幾年，隨著廠內新建環(huán)保設備不斷投產(chǎn)，6 kV 用電負荷增大。由于變壓器低壓側斷路器一直未擴容改造，當用電負荷超過20 MW時，斷路器觸頭出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象。

（2）斷路器觸頭松動，高壓開關柜采用小車式斷路器，斷路器的梅花動觸頭插入靜觸頭時，觸頭的外圓柱面與眾多觸指的內圓弧面接觸不吻合，導致接觸面積很小，接觸電阻明顯增加，造成觸頭發(fā)熱。

（3）穿柜套管內電場分布不均，值班人員夜班點檢時，發(fā)現(xiàn)變壓器低壓側6 kV 進線開關柜體上部有放電異聲并伴隨放電火花。經(jīng)停電檢查發(fā)現(xiàn)，穿柜套管內屏蔽線已斷裂，而且銅排與套管內腔無法緊密接觸，存在2 mm 左右的空氣間隙，此處空氣間隙被擊穿，產(chǎn)生強烈的局部放電。

（4）高壓開關柜內潮濕，6 kV 配電室旁邊為循環(huán)水泵房，檢測發(fā)現(xiàn)配電室環(huán)境溫度25 ℃時開關柜內濕度達到64.3%RH，大于開關柜內濕度標準（≤50%RH）。濕度增加使空氣絕緣下降，也使設備絕緣電阻的阻值下降，當泄漏電流增大到一定程度時，就會發(fā)生高壓開關柜閃絡放電現(xiàn)象。

3 改進措施

3.1 降低斷路器運行溫度

（1）結合6 kV 系統(tǒng)電氣清掃，對進線斷路器進行擴容升級。首先更換主母排上的斷路器靜觸頭，其次將額定電流2500 A 的斷路器升級為4000 A。確保高負荷運行情況下6 kV 進線斷路器的運行溫度在正常范圍，也提高了斷路器的熱穩(wěn)定性能。

（2）改進斷路器觸頭結構，如圖2 所示，在接觸部位增加另外一種接觸方式，以保證在彈簧觸指失效情況下仍能有效接觸，即在目前移動式開關柜動靜觸頭梅花式觸指中心處加裝輔助觸指，將手車搖入開關柜時，可以引導動靜觸頭快速準確地投切到位。運行時可以增加有效接觸面，防止動觸頭觸指彈簧斷裂，導致動靜觸頭失去有效接觸或有效接觸面積不夠，導致發(fā)熱。

圖2 斷路器觸頭結構

3.2 消除開關柜內放電

（1）在開關柜母排上加裝熱縮管，提高母排的防腐蝕作用和絕緣性能，如圖3 所示。連接穿墻套管屏蔽線，將屏蔽引出線安裝固定在一次銅排上，這樣銅排和屏蔽圈就處在等電位。調整套管內部母排位置，使其盡量居中，消除了放電影響。

（2）在開關柜內加裝自動除濕裝置，如圖4 所示，工作模式全自動控制，當濕度高于50%RH 時抽濕器自動投入工作，濕度低于40%RH 時自動停止抽濕。除濕裝置將開關柜內的潮濕空氣，抽到抽濕器的凝露室，進行氣、水分離，使柜內空氣流動，以達到開關柜內部空氣干燥的效果，避免絕緣下降造成的放電現(xiàn)象。

圖3 母排上加裝熱縮管

4 效果驗證

圖4 開關柜內自動除濕裝置

（1）通過對變壓器低壓側6 kV 斷路器進行擴容改造，將動靜觸頭單面接觸的方式改變?yōu)閮韧饣ハ嘟佑|的方式，實現(xiàn)動靜觸頭的全方位多點接觸。改善了斷路器在運行過程中的通流能力、熱穩(wěn)定能力，斷路器溫度降低到70 ℃，消除了設備熱隱患，提高系統(tǒng)抗風險能力。

（2）通過對開關柜穿柜套管加裝屏蔽線，調整母排和套管內壁間距，改善了套管內部電場分布，有效提高空氣間隙的擊穿電壓，避免放電現(xiàn)象。改善后測試圖譜沒有明顯相位特征，幅值無異常，沒有放電波形，無明顯放電特征（圖5）。

圖5 改進后開關柜局放檢測結果