高压开关柜内部发热隐患分析及预防

3.1柜内设备因制造厂设计、装配问题导致发热
3.1.1手车静触头座设计问题引起发热
案例
某变电站10kV设备采用中置式开关柜。运行中，主进断路器柜手车静触头座在负荷电流不到1000A的情况下经常发热（见图3-l）。

图3-1发热的手车静触头座
该10kV主进断路器柜属于大电流开关柜（3150A)，静触头与母线排连接仅采用单只M20螺栓压连，受接触面压力、平整度等因素影响，其接触电阻偏大，通过较大负荷电流时发热。GB50149—2010《电气装置安装工程 母线装置施工及验收规范》对矩形母线的搭接要求是:当导体与导体之间的接触面积小于1600mm2时，才允许使用1条M12的螺栓一因此，手车静触头座和母线之间的连接，不论接触面积还是固定工艺，都很难满足工艺要求，通过大电流时，发生发热现象在所难免。

图3-2改造后的香车静触头座

预防措施
主进开关柜和联络开关柜静触头与铜（铝）排连接触头座，改用4个 M10螺栓压接(见图3-2)；大电流馈线开关柜（1600A及以上）触头座，改用三个M10螺栓连接母线排压接，加大了接触面积，增大了通流能力，有效避免了发热现象。

3.1.2高压开关柜手车动、静触头合不到位引起发热
案例
某变电站10kV设备采用中置式开关柜。运行中，某出线开关柜手车动、静触头（母线侧）之间在负荷电流不到400A的情况下，经常出现发热问题。
检修人员利用母线停电机会进行检查和检修。拆下该出线手车的动、静触头，在静触头上测量动触头接触行程仅有7mm。从图3-3可以看出该出线静触头的接触部位，图3-4则是其出线侧静触头的接触部位；两者相比较，图3-3 中的触头几乎没有接触行程，说明安装时工艺没有达到标准（接触行程不小于 15mm)。发热的动、静触头实际接触的部位，夹紧弹簧没有起到应有压紧触指 的作用，接触压力小，使接触面积不足，接触电阻增大，必然导致运行中发热。

图3-3安装时接触行程没有
达到标准的动、静触头 图3-4安装时接触行程达到
标准的动、静触头
手车动、静触头没有合到位，应该是制造厂装配中出现的质量问题，现场安装调试时没有发现并纠正。
预防措施
（1）制造厂应严格把好产品质量关，规范装配工艺，厂内装配即保证手车动、静触头接触行程，保证手车动、静触头接触电阻符合出厂标准。
（2）规范设备安装调试工艺，保障动、静触头接触行程符合标准。因为运行中和出线断路器检修时无法测量手车动、静触头的接触行程，只有利用母线停电机会才能测量。因此，设备安装调试时，必须测量动、静触头接触行程。测量方法：在手车静触头上涂导电膏，将手车推入运行位置，然后拉出手车， 测量静触头上滑过的印迹即可得到手车动、静触头的接触行程。
（3）安装调试和检修时，测量接触电阻符合规定。
（4）利用母线停电机会，检查各手车动、静触头接触行程；定期进行红外测温，及时发现并消除隐患。
（5）工程管理单位、安装施工单位应进行质量自检、自验，不符合技术规范要求的，督促制造厂整改。


3.1.3高压开关柜内穿板套管固定铁板发热引发短路故障
案例
某110kV变电站一次系统相关主接线如图3-5所示，10kV部分采用KYN28-12型中置式开关柜。

图3-5某110kV变电站一次系统相关主接线
某日，该变电站1号主变压器低压侧后备保护动作跳闸，10kV I段母线失压。运维人员现场检査设备，看到1号主变压器10kV侧主进线隔离手车柜 (101东)冒出浓烟。排烟以后检查设备，发现101东柜上部母线室内发生短路故障（见图3-6)母线室内的母线排严重烧损，三相母线穿板套管严重碳化，母线室前后铁皮柜壁被烧穿多个孔洞。
事故跳闸前，10kV母线无接地信号，10kV消弧线圈控制装置没有“消弧线圈动作”告警信号；检查控制装置液晶显示，消弧线圈多日没有告警及动作信息。发生事故当日，天气正常，无风无雨，变电站无任何操作，无任何检修工作。根据保护动作和所报出的信号情况、现场检査设备情况分析，101东柜上部母线室内发生弧光短路故障，但是没有分析出发生故障的原因。经事故抢修，该变电站1号主变压器、10kV母线和各出线恢复运行。



图3-6 101东柜上部母线室内短路故障情景
数日后，运维人员巡视发现101 东柜内有“嗡嗡”声（负荷电流1386.62A),对该开关柜进行了红外测温检查。测温结果如下：
母线室内母线排接触部位最高温度26.7℃(见图3-7),证明其没有发热。在101东柜顶部与出线1柜柜顶的缝隙处测温，最高温度81. 4℃(见图3-8)，证明穿板套管底板发热。 对101东柜顶部与101断路器柜之间的穿板套管测温，套管穿板底板最高温度82.8℃(见图3-9),证明其有发热情况。

图3-7母线室内母线排接触部位的红外测温图谱

图3-8 101东柜与出线1柜之间的穿板套管红外测温图谱

图3-9 101东柜顶部与101断路器柜之间的穿板套管红外测温图谱

停电检查处理中，发现穿板套管安装在柜体铁板上。由于安装穿板套管的固定铁板形成了闭合磁路，10kV侧主进线负荷电流超过1300A，在铁板上感应电流形成涡流而产生热量。髙温使穿板套管绝缘老化加速，长时间持续发热，绝缘性能变差，最终导致热击穿，形成对地、相间电弧放电闪络而发生短路故障，这就是本次101东柜上部母线室内发生短路故障的原因。
•预防措施
正常运行的高压开关柜，有漏磁通通过柜内隔板，若隔板出现漏磁现象， 缺陷部位的漏磁通变大，产生涡流，引起发热。一般来说，涡流的大小决定于隔板与铜母线排之间的距离。在电流不变的情况下，隔板与进线铜母线排之间的距离越小，则穿过隔板的磁通的变化量就越大，涡流也就越大；反之距离越大，涡流就越小。涡流的大小还决定于流过母线排的电流的大小，电流越大，穿过隔板的磁通的变化量也就越大，涡流也就越大；反之电流越小，涡流就越小。涡流的大小还决定于磁力线所穿过的材质。若磁力线穿过的是不良导体，则在该材料上就不易产生涡流，若磁力线穿过的是绝缘材料，则在该材料上就不会产生涡流。该开关柜内的穿板套管固定板是铁板，而铁板导磁性良好，则在该铁板上产生涡流。涡流的大小还与磁力线所穿过材料的厚度有关，铁板越厚，涡流也就越大。为了防止穿板套管绝缘因固定铁板发热而受损，应采取以下措施：
（1）制造厂应改进产品设计，不使安装穿板套管的固定铁板形成闭合磁路，或将安装穿板套管的固定铁板改用非导磁材料。
（2）定期进行红外测温，及时发现并消除隐患。