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高壓開關柜內部發熱隱患分析及預防

2017-06-21

高壓開關柜內部發熱隱患分析及預防

2017-06-19 11:42

柜內設備因運維、檢修問題導致發熱

1、高壓開關柜出線室底板發熱導致電纜故障

案例

某llOkV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。現場檢査設備,發現PD線開關柜后下門冒出黑煙,打開柜門,發現A相電纜終端嚴重燒損,電纜終端絕緣層幾乎被電弧完全燒熔,露出電纜內部導體(見圖1)。經用戶查線,PW線C相發生接地故障。

專業人員檢査PD線開關柜內設備,除看到A相電纜終端嚴重燒損以外,其余無異常。柜內無弧光短路跡象,電纜終端線夾無燒熔現象。

圖1 PD線開關柜A相電纜終端燒損情況

開關柜下面的電纜隧道內,PD線A相電纜穿板處,檢查發現有電弧燒穿的孔洞(見圖2)。發現PD線開關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)。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電流,產生熱量對電纜終端的外絕緣構成嚴重威脅。

圖2 PD線A相電纜穿板處的鐵板上有電弧燒穿的孔洞

依據以上現象分析,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。發生故障時,由于系統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,可能是電纜敷設時的施工質量或維護質量問題。

預防措施

(1)規范電纜終端制作工藝,提高電纜終端制作質量,杜絕“野蠻施工”。電纜分相穿過底板的敷設方式,開關柜出線室底部鐵板不允許形成閉合磁路。

(2)開關柜出線室底板應采用非導磁材料制作。

(3)開關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高壓開關柜手車動、靜觸頭接觸不良發熱

案例

某日,晴,環境溫度25℃。某llOkV變電站10kV開關柜進行紅外測溫時,發現10kV甲開關柜前門處溫度達34.5℃(見圖3),當時負荷電流350A。而乙開關柜在負荷電流330A的情況下,同一部位溫度為28.4℃(見圖4), 兩開關柜前門溫度相差6. 1℃。

圖3 甲開關柜前門紅外測溫圖譜

圖4 乙開關柜前門紅外測溫圖譜

隨后多次追蹤測溫,發現甲開關柜溫度持續升高,且比其他開關柜溫度偏高。2年后某日,晴,環境溫度30℃,負荷電流360A;檢測該開關柜前門處溫度最高為55℃:(見圖5)。將該開關柜后柜門拆掉進行測溫,發現手車母線側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 甲開關柜前門紅外測溫圖譜

圖6 乙關柜母線側靜觸頭盒紅外測溫圖譜

將手車拉至開關柜外檢查,發現手車上、下動觸頭臂絕緣筒燒損變形,動觸頭基座復合材料已受熱損壞(見圖7)。

圖7手車幵關受損情況

經母線停電檢查,發現故障原因是靜觸頭座與母線連接固定螺栓松動,造成接觸不良導致發熱。故障部位首先起于靜觸頭座與母線排連接處,受熱傳導作用,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

發熱缺陷應有一個逐步發展的過程。長期的大電流作用,使原本較輕微的發熱逐步發展,使接觸電阻逐漸增大,形成惡性循環;如不能及時發現,將造成嚴重的設備事故。

預防措施

(1)堅持定期對開關柜內主導流接觸部位進行紅外測溫。

(2)斷路器手車拉出柜外檢修時,應更換老化、疲勞的壓緊彈簧和銹蝕的螺栓,并采取防銹措施。

(3)規范設備安裝調試工藝,保障手車動、靜觸頭接觸行程符合標準。設備安裝調試時,必須測量動、靜觸頭接觸行程。

(4)安裝調試和檢修時,應測量手車動、靜觸頭接觸電阻符合規定。

(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,及時發現并消除隱患。

(6)開展開關柜運行溫度檢測,對溫度異常的開關柜強化監測、分析和處理,防止導電回路過熱引發的柜內短路故障。

(7)開關柜內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。因此,其主導流接觸部位的最髙允許溫度、發熱缺陷定性方面的規定,應與裸露的金屬導體的接觸部位最高允許溫度、發熱缺陷定性規定有區別。建議開關柜內主導流接觸部位的最高允許溫度值、發熱缺陷定性溫度值降低10℃。

(8)制造廠應嚴格把好產品質量關,規范裝配工藝,特別要提高廠內裝配質量。所有螺栓的緊固力矩,應作出明確規定并達到要求。

3、高壓開關柜內母線排與手車觸頭座接觸部位發熱

案例

某日,晴,高壓室內環境溫度10℃。某llOkV變電站對10kV開關柜進行紅外測溫時,發現10kV 1號主進線柜后門處溫度達34.8℃(見圖9),比其他開關柜柜體表面溫度髙出14.8℃,比環境溫度高24.8℃; 1號主進線柜前門處溫度達27.0℃(見10),比其他開關柜柜體表面溫度高出6.0℃,比環境溫度高17.0℃。由此分析1號主進線柜內有發熱缺陷,具體發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(開關柜端)表面溫度達31. 0℃(見圖11),比其他開關柜柜體表面溫度高出與該開關柜后門處溫度相比低3.8℃,說明發熱點不在封閉母線橋,可能在開關柜內手車動、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。將手車拉出柜外,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),手車母線側靜觸頭溫度為48. 5℃(余溫)(見圖14),開關柜后的穿板套管處溫度39.2℃(余溫) (見圖15),在開關柜內后部的手車母線側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熱點,開關 柜后的穿板套管處也不是發熱點;1號主進線柜手車母線側靜觸頭座與母線排連接觸部位是發熱點。

圖11 1OkV 1號進線封閉母線橋表面發熱紅外測溫圖譜

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熱。停電檢查時,發現主變壓器10kV 1號主進開關柜后門內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靜觸頭座連接處螺栓松動,接觸不良,導致運行中發熱。

預防措施

(1)修改有關檢修維護規程,規范、完善設備檢修維護作業指導書,防止必要的作業流程被遺漏。

(2)規范設備小修項目工藝,規定主導流部位螺栓緊固力矩。

(3)除運維人員正常按周期對設備進行紅外測溫以外,在大負荷情況下應進行有重點的測溫,檢修人員應進行專業化的測溫。

(4)開關柜內鋁母線排更換為銅母線排。

(5) 高壓開關柜運行中,使用紅外熱成像儀測溫,只能對柜體外部檢測,很難直接發現發熱點,需要進行對比分析。對開關柜各部位檢測后,再與環境溫度對比,高出環 境溫度較多,證明柜內有發熱點。相同環境溫度下,負荷電流相差不大的各開關柜表面溫度,若相差較多,溫度高的開關柜內部有發熱點。對于有發熱現象的開關 柜,可以在加強安全監護的情況下,打開柜門進行測溫,檢查具體的發熱點。設備停電操作后,立即測量各部位的余溫,也是檢查具體發熱點的方法。

4、10kV手車動觸頭壓緊彈簧損壞引起接觸部位發熱

案例

某 日,晴,高壓室內環境溫度14℃。某llOkV變電站對10kV開關柜進行紅外測溫時,發現10kV 1號主進線柜后門處溫度達27.8℃,比環境溫度高 13.8℃;1號主進線柜前門處溫度達26.0℃,比環境溫度高12.0℃。由此分析1 號主進線柜內有發熱缺陷,具體發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 專業人員檢查,判定開關柜母線室、后下柜沒有發熱情況,手車A、B相母線側動、靜觸頭和A相下動、靜觸頭接觸部位發熱。開關柜停電檢查,將手車拉出柜外, 發現手車A相母線側(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相母線側動觸頭導電桿絕緣護筒側各缺少1根壓緊彈簧(見圖17)。檢查手車 靜觸頭情況時,發現相應的靜觸頭盒內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 遺留在靜觸頭盒內的壓緊彈簧

檢查靜觸頭盒內脫落的壓緊彈簧,發現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號主進線柜恢復運行正常。

此后,利用停電機會進行隱患排查,共發現該變電站先后有7個10kV出線開關柜手車動觸頭壓緊彈簧出現上述斷裂隱患(見圖19),由此判定屬于家族性缺陷。

同 一變電站、同一型號開關柜出現相同的設備隱患,應該是壓緊彈簧質量問題。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,接觸部位發熱。手車A相下動觸頭和B相母線側動觸頭導電桿絕緣護筒側壓緊彈簧斷裂,使動觸頭與手車導電桿之間發 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開關柜內多次發 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

預防措施

(1)堅持定期對開關柜內主導流接觸部位進行紅外測溫。

(1)斷路器手車拉出柜外檢修時,應更換老化、疲勞的壓緊彈簧。

(3)設備停電檢修時,認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、同型號開關柜進行排查,消除同類隱患。

(5)制造廠應嚴格把好產品質量關,規范裝配工藝,提高壓緊彈簧的制造質量,特別要提高廠內裝配質量。設備質量驗收時,嚴格檢查手車操作的靈活性、準確性,防止動、靜觸頭接觸位置偏差,導致手車操作中壓緊彈簧受機械損傷。

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