高压开关柜发热故障分析及运维策略

高压开关柜发热故障分析及运维策略

吴俊

（义乌市输变电工程有限公司供配电服务分公司浙江省义乌市322000）

摘要：文章介绍了高压开关柜的概述，根据实践经验分析了高压开关柜发热的故障，并提出了运维策略

关键词：高压开关柜；发热故障；建议

一、高压开关柜概述

高压开关柜主要在主、配网电能转换过程中，起到开合、控制和保护用电设备的作用，是保障用户供电的重要设备。高压开关柜由断路器、隔离开关、互感器、母线及各种保护元件等组成，它具有集约布置、大容量化、小型化等优点。根据断路器的安装型式，高压开关柜主要分为固定式和移开式两种。固定式开关柜配备固定安装的真空断路器以及GN22型或GN33型刀闸，移开式开关柜配有开关小车，检修时整台小车可以移出。相较于其他变电设备，高压开关柜具有数量多、厂家多、型号多等特点。由于高压开关柜集中布置了断路器、隔离开关、互感器等电气设备，所以柜体的发热、散热等问题成为高压开关柜运维的难点。

二、高压开关柜运发热故障分析

2.1柜内设备异常发热

不管用哪种材料进行电力传输，都有材料阻值存在。在电流和电压的作用下，设备会产生正常的热损耗，但是，当电流回路某一接头的阻值过大，该部位空隙会发生放电，发热量将急剧增大，当开关柜正常散热无法使热量快速消散，就会使本部位的温度异常升高，开关柜易形成过热故障的部位如下：①10kV侧的母排、刀闸都是设置于开关柜狭小的空间内，母排为增加绝缘往往使用绝缘热缩套管，如母排铜质不过关或连接点不紧固会造成接触电阻增大；②开关柜隔离刀闸的静、动触头咬合不紧、接触不良形成相应的空隙，电流在此处形成形成局部放电，剧烈发热升温，运行中发生此类热故障的概率较高；③柜内电流互感器（CT）普遍采用全密封环氧树脂浇注式结构，该结构一次绕组及铁芯散热效果均较差，且在大电流回路中一般会增加两个连接接头发热源，导致大电流运行时内部CT发热问题严重。

2.2防护等级因素造成的散热不畅

为防止人体意外接触开关柜的高压带电部分和异物进入开关柜引起设备短路，目前，开关柜基本采用金属全封闭外壳，通用标准要求金属外壳达到IP4X防护等级，即能阻挡直径大于1.0mm的金属丝或厚度大于1.0mm的窄条等物体进入的防护标准，这大大约束了开关柜热量排出效率。假如，柜内设备发生异常过热，那仅靠柜体_内部的自然通风系统或强制排风系统是达不到散热要求的，这将导致柜内元件绝缘性能在散热不畅的较高温度环境下逐渐劣化，埋下开关柜过热事故隐患。

2.3柜体涡流发热

高压开关柜内部结构设计及材料组合选择不当，大电流柜涡流发热会导致严重的异常升温。汕头供电局在负荷高峰期对各站重要设备进行红外热成像缺陷普查，曾发现辖内220kV站主变变低开关柜B-C相和A-B相柜内隔板发热达85℃左右，并致使该开关柜柜体温度达90℃，后经确认，主母线是通过大电流在普通钢隔板上产生较大涡流而发热，再加上该早期开关柜产品的自然及强制排风系统设计不合理，导致了该开门异常发热。

2.4运行维护因素

目前，成套开关柜按标准均通过1.1倍的温升及热稳定校验合格才能投运，但在用电高峰季节或检修方式下，受电网结线和片区供电能力限制，迫使有些变电站主变长期处于满负荷甚至过载状态，往往造成主变低压进线柜和馈线柜通过较大的电流，造成柜内元器件发热量增大。另外，开关柜的定检、预试及维护质量也直接关系到开关柜的异常温升，如，日常检修清扫忽略了对柜内灰尘及蜘蛛网等的清除，使设备的绝缘能力降低，狭小的散热空间更降低了柜内散热的效率。

2.5环境条件因素

国内气候报告显示，我国南方夏季室外温度维持在35℃～40℃，少数地区超过40℃，叠加设备本身散发的热量，将导致配电室内环境温度过高，如开关柜采用传统散热方式，加上通风设施欠缺，则会间接增大室内的灰尘、湿气的进入量，使开关柜处于较恶劣的运行环境，这将加剧开关柜内一次元件的发热，形成开关柜的异常发热。

三、开关柜运维和改进建议

分析高压开关柜的发热故障及运维难点，笔者认为可以从以下几个方面的工作着手，做好新投产开关柜设备的入网管控和存量设备的运维改造。

3.1对于新入网的开关柜设备

3.1.1修编完善开关柜技术协议

（1）增大进线和分段柜负荷裕度。对于3150A开关柜可以满足要求的情况，建议使用4000A开关柜替代，相应的梅花触头、静触头和触头盒等部件也按照4000A标准配置。

（2）母排须使用3层TMY10mm×120mm铜排，关键部位铜导体镀银层厚度须≥15um。

（3）大电流开关柜柜面和母线笼需开设散热孔；并合理设置气道；柜顶须配置横流风机，风机应具备不停电更换的条件。

（4）固定式大电流开关柜，在前后柜门合适位置需开设红外观察窗，能透过红外线，以便于对柜内刀闸等设备进行检查和红外测温。

（5）需选配质量可靠、运行稳定的温控驱潮装置，严禁使用曾发生过严重故障或事故的温控驱潮装置。

3.1.2开展出厂前抽检工作

（1）根据开关柜排产节点，适时在设备厂开展抽检工作。对于大电流开关柜，建议依据出厂试验要求逐条进行检测和预验收。

（2）对于移开式大电流开关和刀闸小车，重点抽检梅花触头压紧力、插入深度、触头材质纯度以及镀银层厚度等参数是否合格。

（3）对大电流开关柜进行带负荷温升试验，条件具备的情况下建议带母线桥进行，重点检查开关柜在1.1倍额定电流运行条件下的温升情况。

3.2对于存量的开关柜设备

3.2.1有针对性地开展停电运维工作

通过上述分析，开关柜的发热故障都集中在一些关键导电部位，对于开关柜的停电运维，可以更有针对性地开展。

（1）对于固定式开关柜，重点做好GN22和GN30刀闸的检修维护。

（2）对于移开式开关柜，重点做好大电流开关和刀闸小车动静触头的检查维护工作。

（3）对于历史负荷较重或曾经发生过事故的变电站开关柜设备，要重点并加强频度开展运维工作，可将周期缩短至1年甚至半年，并确保在每年迎峰度夏前运维一次。

3.2.2改造存在散热和通流问题的开关柜

对于存在散热和通流问题的开关柜，可与厂家人员现场沟通核实后，进行通流和散热

（1）合理设置大电流开关柜和母线笼气道。

（2）在壳体适当部位增设散热孔。

（3）在关键接触面加装辅助散热部件。

（4）将传统风扇改造成散热效果更好并具备不停电更换条件的横流风机，且风机可根据设定的负荷电流值自行启停。

（5）将部分开关柜双层铜排的主导电回路改造成三层铜排，增加设备通流能力。

（6）对长期运行氧化的镀银面进行打磨和重新电镀银处理，增强导体关键部位接触效果。

（7）对因设计问题，存在涡流发热情况的固定式开关柜刀闸安装板进行改造更换。

（8）将移开式开关柜大电流开关、刀闸小车3150A的梅花触头更换为4000A梅花触头。

（9）将部分大电流开关、刀闸柜单螺栓固定的静触头更换为5个螺栓固定的静触头。

（10）将静触头盒改用爬距更大、绝缘和散热性能更好的4000A触头盒，相应的更换触头盒安装板。探索、引进新技术，对开关柜内温度和局放信号等重要参量进行监测和分析，为设备状态评价和检修运维提供参考依据和数据支持。

结束语

高压开关柜具有防护性能好、“五防”闭锁功能可靠、维护方便、操作简单、运行可靠性高等优点，被广泛应用于开断重要负荷和频繁操作的场所。文章结合笔者对开关柜安全运行的体会，分析了导致开关柜发热故障的主要原因主要是由开关柜的封闭结构、紧凑设备安装、柜内设备异常温升、运行维护失当、运行环境恶劣等原因造成的，提出了从设备选型准入、更换改造、运行管理及采用快速保护的综合防控措施，避免和减少开关柜发热故障的发生和扩大，提高供电系统的安全性、可靠性、经济性。

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[3]李毅，周飞，汤峻等.一起10kV开关柜起火故障分析[J].江苏电机工程，2011，（1）.