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搞懂这4大发热隐患,远离高压开关柜爆炸事件

1、高压开关柜出线室底板发热导致电缆故障
案例:某110kV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相电缆终端严重烧损,电缆终端绝缘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相电缆终端严重烧损以外,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。
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图1 PD线开关柜A相电缆终端烧损情况

在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线开关柜出线室底板是铁板,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时,形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严重威胁。
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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的绝缘被烧穿,A相电缆终端对柜底铁板电弧放电,形成单相接地故障。发生故障时,由于系统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相电缆的绝缘薄弱点,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”。电缆分相穿过底板的敷设方式,开关柜出线室底部铁板不允许形成闭合磁路。
(2)开关柜出线室底板应采用非导磁材料制作。
(3)开关柜出线室的底板采用铁板时,铁板必须固定安装,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、静触头接触不良发热
案例:某日,晴,环境温度25℃。某110kV变电站10kV开关柜进行红外测温时,发现10kV甲开关柜前门处温度达34.5℃(见图3),当时负荷电流350A。而乙开关柜在负荷电流330A的情况下,同一部位温度为28.4℃(见图4), 两开关柜前门温度相差6.1℃。
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图3 甲开关柜前门红外测温图谱

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图4 乙开关柜前门红外测温图谱

随后多次追踪测温,发现甲开关柜温度持续升高,且比其他开关柜温度偏高。2年后某日,晴,环境温度30℃,负荷电流360A;检测该开关柜前门处温度最高为55℃(见图5)。将该开关柜后柜门拆掉进行测温,发现手车母线侧静触头盒温度最高为69.1℃(见图6)。由此怀疑手车动、静触头可能接触不良。
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图5 甲开关柜前门红外测温图谱

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图6 乙关柜母线侧静触头盒红外测温图谱

将手车拉至开关柜外检查,发现手车上、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)。
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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。动触头上的压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。过热的静触头如图8所示。
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图8过热的静触头

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,将造成严重的设备事故。
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)断路器手车拉出柜外检修时,应更换老化、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、静触头接触行程符合标准。设备安装调试时,必须测量动、静触头接触行程。
(4)安装调试和检修时,应测量手车动、静触头接触电阻符合规定。
(5)利用母线停电机会,检查各手车动、静触头接触行程,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)开展开关柜运行温度检测,对温度异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允许温度、发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允许温度、发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允许温度值、发热缺陷定性温度值降低10℃。
(8)制造厂应严格把好产品质量关,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,高压室内环境温度10℃。某110kV变电站对10kV开关柜进行红外测温时,发现10kV 1号主进线柜后门处温度达34.8℃(见图9),比其他开关柜柜体表面温度髙出14.8℃,比环境温度高24.8℃;1号主进线柜前门处温度达27.0℃(见10),比其他开关柜柜体表面温度高出6.0℃,比环境温度高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。测温时,10kV 1主进线柜负荷电流1152A。
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图9 10kV 1号主进线柜后门处红外测温图谱

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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)表面温度达31.0℃(见图11),比其他开关柜柜体表面温度高出与该开关柜后门处温度相比低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位。
3日后,10kV 1号主进线柜停电检查。将手车拉出柜外,立即对手车进行红外测温(余温),手车B相动触头整体温度42.7℃(余温)(见图12),B相动触头前部温度为46℃(余温)(见图13),手车母线侧静触头温度为48.5℃(余温)(见图14),开关柜后的穿板套管处温度39.2℃(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温度64.6℃(余温)(见图16)。由此证明手车动、静触头接触部位不是发热点,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。
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图11 10kV 1号进线封闭母线桥表面发热红外测温图谱

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图13 1号主进线柜手车B相动触头前部红外测温图谱

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图14 1号主进线柜手车母线侧静触头红外测温图谱

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图15 1号主进线柜后的穿板套管红外测温图谱

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图16 1号主进线柜后部的静触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。停电检查时,发现主变压器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,接触不良,导致运行中发热。
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)除运维人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,需要进行对比分析。对开关柜各部位检测后,再与环境温度对比,高出环 境温度较多,证明柜内有发热点。相同环境温度下,负荷电流相差不大的各开关柜表面温度,若相差较多,温度高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,高压室内环境温度14℃。某110kV变电站对10kV开关柜进行红外测温时,发现10kV 1号主进线柜后门处温度达27.8℃,比环境温度高 13.8℃;1号主进线柜前门处温度达26.0℃,比环境温度高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 时,10kV 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、静触头接触部位发热。开关柜停电检查,将手车拉出柜外,发现手车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杆绝缘护筒侧各缺少1根压紧弹簧(见图17)。检查手车静触头情况时,发现相应的静触头盒内遗留有脱落的压紧弹簧(见图18)。
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图17 手车动触头缺失压紧弹簧情况图

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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杆绝缘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,也可能因手车动、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。
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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)断路器手车拉出柜外检修时,应更换老化、疲劳的压紧弹簧。
(3)设备停电检修时,认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品质量关,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。设备质量验收时,严格检查手车操作的灵活性、准确性,防止动、静触头接触位置偏差,导致手车操作中压紧弹簧受机械损伤。


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