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高壓配電柜內(nèi)部發(fā)熱隱患


柜內(nèi)設(shè)備因運維、檢修問題導(dǎo)致發(fā)熱
1、高壓開關(guān)柜出線室底板發(fā)熱導(dǎo)致電纜故障
案例:某110kV變電站僅有1臺主變壓器。某日,報出“35kV母線接地”信號, 檢查為A相故障;接著35kV出線PD線和PW線同時由過流I段保護動作跳閘,F(xiàn)場檢査設(shè)備,發(fā)現(xiàn)PD線開關(guān)柜后下門冒出黑煙,打開柜門,發(fā)現(xiàn)A相電纜終端嚴(yán)重?zé)龘p,電纜終端絕緣層幾乎被電弧完全燒熔,露出電纜內(nèi)部導(dǎo)體(見圖1)。經(jīng)用戶查線,PW線C相發(fā)生接地故障。
專業(yè)人員檢査PD線開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備,除看到A相電纜終端嚴(yán)重?zé)龘p以外,其余無異常。柜內(nèi)無弧光短路跡象,電纜終端線夾無燒熔現(xiàn)象。

圖1  PD線開關(guān)柜A相電纜終端燒損情況
在開關(guān)柜下面的電纜隧道內(nèi),PD線A相電纜穿板處,檢查發(fā)現(xiàn)有電弧燒穿的孔洞(見圖2)。發(fā)現(xiàn)PD線開關(guān)柜出線室底板是鐵板,PD線電纜分相穿過電纜孔,柜底兩塊鐵板之間沒有縫隙,相互重疊壓在一起,形成了閉合磁路 (在A相電纜一側(cè))。A相電纜終端流過大負荷電流時,形成閉合磁路的鐵板上有感應(yīng)電流,產(chǎn)生熱量對電纜終端的外絕緣構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

圖2  PD線A相電纜穿板處的鐵板上有電弧燒穿的孔洞
依據(jù)以上現(xiàn)象分析,PD線A相電纜終端,在穿板處受熱損傷,形成絕緣薄弱點,逐步發(fā)展到鐵板穿孔部位的絕緣被燒穿,A相電纜終端對柜底鐵板電弧放電,形成單相接地故障。發(fā)生故障時,由于系統(tǒng)B、C相對地電壓升高, PW線C相絕緣薄弱點擊穿而形成不同線路兩點接地短路,兩條線路保護裝置同時動作跳閘。
PD線A相電纜的絕緣薄弱點,可能是電纜敷設(shè)時的施工質(zhì)量或維護質(zhì)量問題。
預(yù)防措施
(1)規(guī)范電纜終端制作工藝,提高電纜終端制作質(zhì)量,杜絕“野蠻施工”。電纜分相穿過底板的敷設(shè)方式,開關(guān)柜出線室底部鐵板不允許形成閉合磁路。
(2)開關(guān)柜出線室底板應(yīng)采用非導(dǎo)磁材料制作。
(3)開關(guān)柜出線室的底板采用鐵板時,鐵板必須固定安裝,防止所留縫隙因變位形成閉合磁路。

2、10kV高壓開關(guān)柜手車動、靜觸頭接觸不良發(fā)熱
案例
某日,晴,環(huán)境溫度25℃。某llOkV變電站10kV開關(guān)柜進行紅外測溫時,發(fā)現(xiàn)10kV甲開關(guān)柜前門處溫度達34.5℃(見圖3),當(dāng)時負荷電流350A。而乙開關(guān)柜在負荷電流330A的情況下,同一部位溫度為28.4℃(見圖4), 兩開關(guān)柜前門溫度相差6. 1℃。

圖3 甲開關(guān)柜前門紅外測溫圖譜

圖4 乙開關(guān)柜前門紅外測溫圖譜
隨后多次追蹤測溫,發(fā)現(xiàn)甲開關(guān)柜溫度持續(xù)升高,且比其他開關(guān)柜溫度偏高。2年后某日,晴,環(huán)境溫度30℃,負荷電流360A;檢測該開關(guān)柜前門處溫度最高為55℃:(見圖5)。將該開關(guān)柜后柜門拆掉進行測溫,發(fā)現(xiàn)手車母線側(cè)靜觸頭盒溫度最高為69.1℃(見圖6)。由此懷疑手車動、靜觸頭可能接觸不良。

圖5 甲開關(guān)柜前門紅外測溫圖譜

圖6  乙關(guān)柜母線側(cè)靜觸頭盒紅外測溫圖譜
將手車?yán)灵_關(guān)柜外檢查,發(fā)現(xiàn)手車上、下動觸頭臂絕緣筒燒損變形,動觸頭基座復(fù)合材料已受熱損壞(見圖7)。

圖7手車幵關(guān)受損情況
經(jīng)母線停電檢查,發(fā)現(xiàn)故障原因是靜觸頭座與母線連接固定螺栓松動,造成接觸不良導(dǎo)致發(fā)熱。故障部位首先起于靜觸頭座與母線排連接處,受熱傳導(dǎo)作用,造成動觸頭燒損。動觸頭上的壓緊彈簧受熱后逐步退火,緊固力下降,接觸電阻進一步增大,觸指局部燒熔。過熱的靜觸頭如圖8所示。

圖8過熱的靜觸頭
發(fā)熱缺陷應(yīng)有一個逐步發(fā)展的過程。長期的大電流作用,使原本較輕微的發(fā)熱逐步發(fā)展,使接觸電阻逐漸增大,形成惡性循環(huán);如不能及時發(fā)現(xiàn),將造成嚴(yán)重的設(shè)備事故。
預(yù)防措施
(1)堅持定期對開關(guān)柜內(nèi)主導(dǎo)流接觸部位進行紅外測溫。
(2)斷路器手車?yán)龉裢鈾z修時,應(yīng)更換老化、疲勞的壓緊彈簧和銹蝕的螺栓,并采取防銹措施。
(3)規(guī)范設(shè)備安裝調(diào)試工藝,保障手車動、靜觸頭接觸行程符合標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備安裝調(diào)試時,必須測量動、靜觸頭接觸行程。
(4)安裝調(diào)試和檢修時,應(yīng)測量手車動、靜觸頭接觸電阻符合規(guī)定。
(5)利用母線停電機會,檢查各手車動、靜觸頭接觸行程,檢查靜觸頭座連接螺栓壓緊有無松動,及時發(fā)現(xiàn)并消除隱患。
(6)開展開關(guān)柜運行溫度檢測,對溫度異常的開關(guān)柜強化監(jiān)測、分析和處理,防止導(dǎo)電回路過熱引發(fā)的柜內(nèi)短路故障。
(7)開關(guān)柜內(nèi)有很多有機絕緣部件,受熱后絕緣性能會不可逆的逐步喪失,可能引起火災(zāi)。因此,其主導(dǎo)流接觸部位的最髙允許溫度、發(fā)熱缺陷定性方面的規(guī)定,應(yīng)與裸露的金屬導(dǎo)體的接觸部位最高允許溫度、發(fā)熱缺陷定性規(guī)定有區(qū)別。建議開關(guān)柜內(nèi)主導(dǎo)流接觸部位的最高允許溫度值、發(fā)熱缺陷定性溫度值降低10℃。
(8)制造廠應(yīng)嚴(yán)格把好產(chǎn)品質(zhì)量關(guān),規(guī)范裝配工藝,特別要提高廠內(nèi)裝配質(zhì)量。所有螺栓的緊固力矩,應(yīng)作出明確規(guī)定并達到要求。

3、高壓開關(guān)柜內(nèi)母線排與手車觸頭座接觸部位發(fā)熱
案例
某日,晴,高壓室內(nèi)環(huán)境溫度10℃。某llOkV變電站對10kV開關(guān)柜進行紅外測溫時,發(fā)現(xiàn)10kV  1號主進線柜后門處溫度達34.8℃(見圖9),比其他開關(guān)柜柜體表面溫度髙出14.8℃,比環(huán)境溫度高24.8℃;1號主進線柜前門處溫度達27.0℃(見10),比其他開關(guān)柜柜體表面溫度高出6.0℃,比環(huán)境溫度高17.0℃。由此分析1號主進線柜內(nèi)有發(fā)熱缺陷,具體發(fā)熱部位需要進一步查證。測溫時,10kV 1主進線柜負荷電流1152A。

圖9  1OkV 1號主進線柜后門處紅外測溫圖譜

圖10 10kV 1號主進線柜前門處紅外測溫圖譜
接著測量10kV 1號主進線封閉母線橋(開關(guān)柜端)表面溫度達31. 0℃(見圖11),比其他開關(guān)柜柜體表面溫度高出與該開關(guān)柜后門處溫度相比低3.8℃,說明發(fā)熱點不在封閉母線橋,可能在開關(guān)柜內(nèi)手車動、靜觸頭及其母線排連接部位。
3 日后,10kV 1號主進線柜停電檢查。將手車?yán)龉裢,立即對手車進行紅外測溫(余溫),手車B相動觸頭整體溫度42. 7℃(余溫)(見圖12),B 相動觸頭前部溫度為46℃(余溫)(見圖13),手車母線側(cè)靜觸頭溫度為48. 5℃(余溫)(見圖14),開關(guān)柜后的穿板套管處溫度39.2℃(余溫) (見圖15),在開關(guān)柜內(nèi)后部的手車母線側(cè)靜觸頭盒附近的母線排溫度64.6℃ (余溫)(見圖16)。由此證明手車動、靜觸頭接觸部位不是發(fā)熱點,開關(guān) 柜后的穿板套管處也不是發(fā)熱點;1號主進線柜手車母線側(cè)靜觸頭座與母線排連接觸部位是發(fā)熱點。

圖11 1OkV 1號進線封閉母線橋表面發(fā)熱紅外測溫圖譜
圖12 1號主進線柜手車B相動觸頭紅外測溫圖譜

圖13 1號主進線柜手車B相動觸頭前部紅外測溫圖譜

圖14 1號主進線柜手車母線側(cè)靜觸頭紅外測溫圖譜

圖15 1號主進線柜后的穿板套管紅外測溫圖譜

圖16 1號主進線柜后部的靜觸頭盒附近的母線排紅外測溫圖譜
通過分析紅外測溫圖譜,可以清晰地看到10kV 1號主進線柜體后部發(fā)熱。停電檢查時,發(fā)現(xiàn)主變壓器10kV 1號主進開關(guān)柜后門內(nèi)B相母線排絕緣熱縮管因受熱燒開裂紋、變黑,母線排與手車母線側(cè)靜觸頭座連接處螺栓松動,接觸不良,導(dǎo)致運行中發(fā)熱。
預(yù)防措施
(1)修改有關(guān)檢修維護規(guī)程,規(guī)范、完善設(shè)備檢修維護作業(yè)指導(dǎo)書,防止必要的作業(yè)流程被遺漏。
(2)規(guī)范設(shè)備小修項目工藝,規(guī)定主導(dǎo)流部位螺栓緊固力矩。
(3)除運維人員正常按周期對設(shè)備進行紅外測溫以外,在大負荷情況下應(yīng)進行有重點的測溫,檢修人員應(yīng)進行專業(yè)化的測溫。
(4)開關(guān)柜內(nèi)鋁母線排更換為銅母線排。
(5) 高壓開關(guān)柜運行中,使用紅外熱成像儀測溫,只能對柜體外部檢測,很難直接發(fā)現(xiàn)發(fā)熱點,需要進行對比分析。對開關(guān)柜各部位檢測后,再與環(huán)境溫度對比,高出環(huán) 境溫度較多,證明柜內(nèi)有發(fā)熱點。相同環(huán)境溫度下,負荷電流相差不大的各開關(guān)柜表面溫度,若相差較多,溫度高的開關(guān)柜內(nèi)部有發(fā)熱點。對于有發(fā)熱現(xiàn)象的開關(guān) 柜,可以在加強安全監(jiān)護的情況下,打開柜門進行測溫,檢查具體的發(fā)熱點。設(shè)備停電操作后,立即測量各部位的余溫,也是檢查具體發(fā)熱點的方法。

4、10kV手車動觸頭壓緊彈簧損壞引起接觸部位發(fā)熱
案例
某 日,晴,高壓室內(nèi)環(huán)境溫度14℃。某llOkV變電站對10kV開關(guān)柜進行紅外測溫時,發(fā)現(xiàn)10kV 1號主進線柜后門處溫度達27.8℃,比環(huán)境溫度高 13.8℃;1號主進線柜前門處溫度達26.0℃,比環(huán)境溫度高12.0℃。由此分析1 號主進線柜內(nèi)有發(fā)熱缺陷,具體發(fā)熱部位需要進一步查證。測溫 時,10kV 1號主進線柜負荷電流1252A。
經(jīng) 專業(yè)人員檢查,判定開關(guān)柜母線室、后下柜沒有發(fā)熱情況,手車A、B相母線側(cè)動、靜觸頭和A相下動、靜觸頭接觸部位發(fā)熱。開關(guān)柜停電檢查,將手車?yán)龉裢猓?發(fā)現(xiàn)手車A相母線側(cè)(上部)動觸頭端部缺少1根壓緊彈簧,手車A相下動觸頭和B相母線側(cè)動觸頭導(dǎo)電桿絕緣護筒側(cè)各缺少1根壓緊彈簧(見圖17)。檢查手車 靜觸頭情況時,發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的靜觸頭盒內(nèi)遺留有脫落的壓緊彈簧(見圖18)。

圖17 手車動觸頭缺失壓緊彈簧情況圖

圖18 遺留在靜觸頭盒內(nèi)的壓緊彈簧
檢查靜觸頭盒內(nèi)脫落的壓緊彈簧,發(fā)現(xiàn)彈簧有斷裂痕跡但沒有燒蝕情況。更換壓緊彈簧,消除缺陷,10kV 1號主進線柜恢復(fù)運行正常。
此后,利用停電機會進行隱患排查,共發(fā)現(xiàn)該變電站先后有7個10kV出線開關(guān)柜手車動觸頭壓緊彈簧出現(xiàn)上述斷裂隱患(見圖19),由此判定屬于家族性缺陷。
同 一變電站、同一型號開關(guān)柜出現(xiàn)相同的設(shè)備隱患,應(yīng)該是壓緊彈簧質(zhì)量問題。由于手車在上次推入運行位置操作后,動觸頭壓緊彈簧斷裂,緊固力下降,觸指與靜觸 頭的接觸壓力下降,接觸電阻進一步增大,接觸部位發(fā)熱。手車A相下動觸頭和B相母線側(cè)動觸頭導(dǎo)電桿絕緣護筒側(cè)壓緊彈簧斷裂,使動觸頭與手車導(dǎo)電桿之間發(fā) 熱。手車動觸頭壓緊彈簧斷裂,可能造成10kV母線接地、弧光短路,也可能因手車動、靜觸頭放電拉弧而造成母線短路事故。該變電站10kV開關(guān)柜內(nèi)多次發(fā) 生壓緊彈簧斷裂,均未造成事故,很值得慶幸。

圖19  斷裂的手車動觸頭壓緊彈簧
預(yù)防措施
(1)堅持定期對開關(guān)柜內(nèi)主導(dǎo)流接觸部位進行紅外測溫。
(1)斷路器手車?yán)龉裢鈾z修時,應(yīng)更換老化、疲勞的壓緊彈簧。
(3)設(shè)備停電檢修時,認(rèn)真檢查手車動觸頭裝配有無缺陷,檢查手車動觸頭壓緊彈簧有無變形、變色和松脫,檢查有無受熱退火隱患。
(4)對同批次、同型號開關(guān)柜進行排查,消除同類隱患。
(5)制造廠應(yīng)嚴(yán)格把好產(chǎn)品質(zhì)量關(guān),規(guī)范裝配工藝,提高壓緊彈簧的制造質(zhì)量,特別要提高廠內(nèi)裝配質(zhì)量。設(shè)備質(zhì)量驗收時,嚴(yán)格檢查手車操作的靈活性、準(zhǔn)確性,防止動、靜觸頭接觸位置偏差,導(dǎo)致手車操作中壓緊彈簧受機械損傷。

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