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高压开关柜内部发热隐患分析及预防

2019-05-30

柜内设备因?#23435;?#26816;修问題导致发热

1、高压开关柜出线?#19994;?#26495;发热导致电缆故障

案例

某llOkV变电站仅有1台主变压器。某日,报出“35kV母线接地”信号, 检查为A相故障;接着35kV出线PD线和PW线同时由过流I段保护动作跳闸。现场检査设备,发现PD线开关柜后下门冒出黑烟,打开柜门,发现A相电缆终端?#29616;?#28903;损,电缆终?#21496;?#32536;层几乎被电弧完全烧熔,露出电缆内部导体(见图1)。经用户查线,PW线C相发生接地故障。

专业人员检査PD线开关柜内设备,除看到A相电缆终端?#29616;?#28903;损以外,其余无异常。柜内无弧光短路迹象,电缆终端线夹无烧熔现象。

图1 PD线开关柜A相电缆终端烧损情况

开关柜下面的电缆隧道内,PD线A相电缆穿板处,检查发现有电弧烧穿的孔洞(见图2)。发现PD线开关柜出线?#19994;?#26495;是铁板,PD线电缆分相穿过电缆孔,柜底两块铁板之间没有缝隙,相互重叠压在一起,形成了闭合磁路 (在A相电缆一侧)。A相电缆终端流过大负荷电流?#20445;?#24418;成闭合磁路的铁板上有感应电流,产生热量对电缆终端的外绝缘构成?#29616;?#23041;胁。

图2 PD线A相电缆穿板处的铁板上有电弧烧穿的孔洞

依据以上现象分析,PD线A相电缆终端,在穿板处受热损伤,形成绝缘薄弱点,逐步发展到铁板穿孔部位?#26408;?#32536;被烧穿,A相电缆终端对柜底铁板电弧放电,形成单相接地故障。发生故障?#20445;?#30001;于系统B、C相对地电压升高, PW线C相绝缘薄弱点击穿而形成不同线路两点接地短路,两条线路保护装置同时动作跳闸。

PD线A相电缆?#26408;?#32536;薄弱点,可能是电缆敷设时的施工质量或维护质量问题。

预防措施

(1)规范电缆终端制作工艺,提高电缆终端制作质量,杜绝“野蛮施工?#34180;?#30005;缆分相穿过底板的敷设方式,开关柜出线?#19994;?#37096;铁板不?#24066;?#24418;成闭合磁路。

(2)开关柜出线?#19994;?#26495;应采用非导磁材?#29616;?#20316;。

(3)开关柜出线?#19994;?#24213;板采用铁板?#20445;?#38081;板必须固定安装,防止所留缝隙因变位形成闭合磁路。

2、10kV高压开关柜手车动、静触?#26041;?#35302;不良发热

案例

某日,晴,环境?#38706;?5℃。某llOkV变电站10kV开关柜进行红外测温?#20445;?#21457;现10kV甲开关柜前门处?#38706;?#36798;34.5℃(见图3),当?#22791;?#33655;电流350A。而乙开关柜在负荷电流330A的情况下,同一部位?#38706;?#20026;28.4℃(见图4), 两开关柜前门?#38706;?#30456;差6. 1℃。

图3 甲开关柜前门红外测温图谱

图4 乙开关柜前门红外测温图谱

随后多次追踪测温,发现甲开关柜?#38706;瘸中?#21319;高,且比其他开关柜?#38706;?#20559;高。2年后某日,晴,环境?#38706;?0℃,负荷电流360A;检测该开关柜前门处?#38706;?#26368;高为55℃:(见图5)。将该开关柜后柜门拆掉进行测温,发?#36136;?#36710;母线侧静触头?#24418;露?#26368;高为69.1℃(见图6)。由此怀疑手车动、静触头可能接触不良。

图5 甲开关柜前门红外测温图谱

图6 乙关柜母线侧静触头盒红外测温图谱

将手?#36947;?#33267;开关柜外检查,发?#36136;?#36710;上、下动触头臂绝缘筒烧损变形,动触头基座复合材料已受热损坏(见图7)。

图7手车幵关受损情况

经母线停电检查,发现故障原因是静触头座与母线连接固定螺栓松动,造成接触不良导致发热。故障部位首先起于静触头座与母线排连接处,受热传导作用,造成动触头烧损。动触头?#31995;?#21387;紧弹簧受热后逐步退火,紧固力下降,接触电阻进一步增大,触指局部烧熔。过热?#26408;?#35302;头如图8所示。

图8过热?#26408;?#35302;头

发热缺陷应有一个逐步发展的过程。长期的大电流作用,使原本较轻微的发热逐步发展,使接触电阻逐渐增大,形成恶性循环;如不能及时发现,将造成?#29616;?#30340;设备事故。

预防措施

(1)坚持定期对开关柜内主导流接触部位进行红外测温。

(2)?#19979;?#22120;手?#36947;?#20986;柜外检修?#20445;?#24212;更换老化、疲劳的压紧弹簧和锈蚀的螺栓,并采取防锈措施。

(3)规范设备安装调试工艺,保障手车动、静触?#26041;?#35302;行程符合标准。设备安装调?#20801;保?#24517;须测量动、静触?#26041;?#35302;行程。

(4)安装调试和检修?#20445;?#24212;测量手车动、静触?#26041;?#35302;电阻符合规定。

(5)利用母线停电机会,检查各手车动、静触?#26041;?#35302;行程,检查静触头座连接螺栓压紧有无松动,及时发现并消除隐患。

(6)开展开关柜运行?#38706;?#26816;测,对?#38706;?#24322;常的开关柜强化监测、分析和处理,防止导电回路过热引发的柜内短路故障。

(7)开关柜内有很多有机绝缘部件,受热后绝缘性能会不可逆的逐步丧失,可能引起火灾。因此,其主导流接触部位的最髙?#24066;砦露取?#21457;热缺陷定性方面的规定,应与裸露的金属导体的接触部位最高?#24066;砦露取?#21457;热缺陷定性规定有区别。建议开关柜内主导流接触部位的最高?#24066;砦露?#20540;、发热缺陷定性?#38706;戎到?#20302;10℃。

(8)制造厂应严格把好产?#20998;?#37327;关,规范装配工艺,特别要提高厂内装配质量。所有螺栓的紧固力矩,应作出明确规定并达到要求。

3、高压开关柜内母线排与手车触头座接触部位发热

案例

某日,晴,高压室内环境?#38706;?0℃。某llOkV变电站对10kV开关柜进行红外测温?#20445;?#21457;现10kV 1号主进线柜后门处?#38706;?#36798;34.8℃(见图9),比其他开关柜柜体表面?#38706;?#39641;出14.8℃,比环境?#38706;?#39640;24.8℃; 1号主进线柜前门处?#38706;?#36798;27.0℃(见10),比其他开关柜柜体表面?#38706;?#39640;出6.0℃,比环境?#38706;?#39640;17.0℃。由此分析1号主进线柜内有发热缺陷,具体发热部位需要进一步查证。测温?#20445;?0kV 1主进线柜负荷电流1152A。

图9 1OkV 1号主进线柜后门处红外测温图谱

图10 10kV 1号主进线柜前门处红外测温图谱

接着测量10kV 1号主进线封闭母线桥(开关柜端)表面?#38706;?#36798;31. 0℃(见图11),比其他开关柜柜体表面?#38706;?#39640;出与该开关柜后门处?#38706;?#30456;比低3.8℃,说明发热点不在封闭母线桥,可能在开关柜内手车动、静触头及其母线排连接部?#24359;?/span>

3 日后,10kV 1号主进线柜停电检查。将手?#36947;?#20986;柜外,立即对手?#21040;?#34892;红外测温(余温),手车B相动触头整体?#38706;?2. 7℃(余温)(见图12),B 相动触?#38750;?#37096;?#38706;?#20026;46℃(余温)(见图13),手车母线侧静触头?#38706;?#20026;48. 5℃(余温)(见图14),开关柜后的穿板套管处?#38706;?9.2℃(余温) (见图15),在开关柜内后部的手车母线侧静触头盒附近的母线排?#38706;?4.6℃ (余温)(见图16)。由此证明手车动、静触?#26041;?#35302;部位不是发热点,开关 柜后的穿板套管处也不是发热点;1号主进线柜手车母线侧静触头座与母线排连接触部位是发热点。

图11 1OkV 1号进线封闭母线桥表面发热红外测温图谱

图12 1号主进线柜手车B相动触头红外测温图谱

图13 1号主进线柜手车B相动触?#38750;?#37096;红外测温图谱

图14 1号主进线柜手车母线侧静触头红外测温图谱

图15 1号主进线柜后的穿板套管红外测温图谱

图16 1号主进线柜后部?#26408;?#35302;头盒附近的母线排红外测温图谱

通过分析红外测温图谱,可以清晰地看到10kV 1号主进线柜体后部发热。停电检查?#20445;?#21457;现主变压器10kV 1号主进开关柜后门内B相母线排绝缘热缩管因受热烧开裂纹、变黑,母线排与手车母线侧静触头座连接处螺栓松动,接触不?#36857;?#23548;致运行中发热。

预防措施

(1)修改有关检修维护规程,规范、完善设备检修维护作业指导书,防止必要的作业流程被遗漏。

(2)规范设备小修项目工艺,规定主导流部位螺栓紧固力矩。

(3)除?#23435;?#20154;员正常按周期对设备进行红外测温以外,在大负荷情况下应进行有重点的测温,检修人员应进行专业化的测温。

(4)开关柜内铝母线排更换为铜母线排。

(5)?高压开关柜运行中,使用红外热成像仪测温,只能对柜体外部检测,很难直接发现发热点,需要进行?#21592;?#20998;析。对开关柜各部?#24739;?#27979;后,再与环境?#38706;榷员齲?#39640;出环 境?#38706;冉隙啵?#35777;明柜内有发热点。相同环境?#38706;?#19979;,负荷电流相差不大?#27597;?#24320;关柜表面?#38706;齲?#33509;相差?#38553;啵露?#39640;的开关柜内部有发热点。对于有发热现象的开关 柜,可以在加强安全监护的情况下,打开柜门进行测温,检查具体的发热点。设备停电操作后,立即测量各部位的余温,也是检查具体发热点的方法。

4、10kV手车动触头压紧弹簧损坏引起接触部位发热

案例

某 日,晴,高压室内环境?#38706;?4℃。某llOkV变电站对10kV开关柜进行红外测温?#20445;?#21457;现10kV 1号主进线柜后门处?#38706;?#36798;27.8℃,比环境?#38706;?#39640; 13.8℃;1号主进线柜前门处?#38706;?#36798;26.0℃,比环境?#38706;?#39640;12.0℃。由此分析1 号主进线柜内有发热缺陷,具体发热部位需要进一步查证。测温 ?#20445;?0kV 1号主进线柜负荷电流1252A。

经 专业人员检查,判定开关柜母线室、后下柜没有发热情况,手车A、B相母线侧动、静触头和A相下动、静触?#26041;?#35302;部位发热。开关柜停电检查,将手?#36947;?#20986;柜外, 发?#36136;?#36710;A相母线侧(上部)动触头端部缺少1根压紧弹簧,手车A相下动触头和B相母线侧动触头导电?#21496;?#32536;护筒侧各缺少1根压紧弹簧(见图17)。检查手车 静触头情况?#20445;?#21457;现相应?#26408;?#35302;头盒内遗留有脱落的压紧弹簧(见图18)。

图17 手车动触头缺失压紧弹簧情况图

图18 遗留在静触头盒内的压紧弹簧

检查静触头盒内脱落的压紧弹簧,发现弹簧有断裂痕迹但没有烧蚀情况。更换压紧弹簧,消除缺陷,10kV 1号主进线柜恢复运行正常。

此后,利用停电机会进行隐患排查,共发现该变电站先后有7个10kV出线开关柜手车动触头压紧弹簧出现上述断裂隐患(见图19),由此判定属于家族性缺陷。

同 一变电站、同一型号开关柜出现相同的设备隐患,应该是压紧弹簧质量问题。由于手车在上次推入运行位置操作后,动触头压紧弹簧断裂,紧固力下降,触指与静触 头的接触压力下降,接触电阻进一步增大,接触部位发热。手车A相下动触头和B相母线侧动触头导电?#21496;?#32536;护筒侧压紧弹簧断裂,使动触头与手车导电杆之间发 热。手车动触头压紧弹簧断裂,可能造成10kV母线接地、弧光短路,?#37096;?#33021;因手车动、静触头放电拉弧而造成母线短路事故。该变电站10kV开关柜内多次发 生压紧弹簧断裂,均未造成事故,很值得庆幸。

图19 断裂的手车动触头压紧弹簧

预防措施

(1)坚持定期对开关柜内主导流接触部位进行红外测温。

(1)?#19979;?#22120;手?#36947;?#20986;柜外检修?#20445;?#24212;更换老化、疲劳的压紧弹簧。

(3)设备停电检修?#20445;?#35748;真检查手车动触头装配有无缺陷,检查手车动触头压紧弹簧有无变形、变色和松脱,检查有无受热退火隐患。

(4)对同批次、同型号开关柜进行排查,消除同类隐患。

(5)制造厂应严格把好产?#20998;?#37327;关,规范装配工艺,提高压紧弹簧的制造质量,特别要提高厂内装配质量。设备质量验收?#20445;?#20005;格检查手车操作的灵活性、准确性,防止动、静触?#26041;?#35302;位置偏差,导致手车操作中压紧弹簧受机械损伤。

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