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1.高電壓開關(guān)柜過熱事故對電力系統(tǒng)的危害

一旦高電壓開關(guān)柜發(fā)生發(fā)熱故障，不能及時有效地處理和解決，高電壓開關(guān)柜的故障發(fā)生率將大大增加，影響供電可靠性。

多年的工作經(jīng)驗表明，最容易發(fā)生熱故障的部位是高壓開關(guān)柜的手車觸點:幾乎所有高壓開關(guān)柜的手車觸點都是由銅排連接的，但金屬銅不僅具有良好的導電性，而且具有良好的導熱性。工作狀態(tài)下高電壓開關(guān)柜產(chǎn)生的熱量會導致銅排快速發(fā)熱，嚴重影響高電壓開關(guān)柜內(nèi)相應(yīng)觸點的開合性能。高壓開關(guān)柜手車一旦接觸發(fā)熱事故，不僅麻煩，而且檢修高壓開關(guān)柜手車也很困難。即使經(jīng)過維護，開關(guān)的電氣性能也不能完全恢復。

導致高壓開關(guān)柜加熱故障形成的過程不是一蹴而就的過程，而是一個“循序漸進”的過程:當高壓開關(guān)柜接觸表面處于惡劣的工作環(huán)境或異常時，其溫度會升高，電流加熱效應(yīng)的持續(xù)作用會促使接觸溫度逐漸升高。一旦溫度上升過快，導致接觸溫度高于高壓開關(guān)柜的內(nèi)部電流互感器的額定耐熱標準或高于絕緣套管的耐熱標準，電流互感器和絕緣套管將被損壞，導致單相或兩相短路，最終加熱故障的破壞力將被放大并擴散到其他附屬設(shè)備，最終影響供配電系統(tǒng)或電力變壓器的穩(wěn)定性，甚至發(fā)生火災(zāi)甚至爆炸。

2、高電壓開關(guān)柜過熱故障原因

根據(jù)系統(tǒng)容量和設(shè)備使用標準，通常會檢查開關(guān)柜型選擇的動態(tài)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，但在實際運行中，仍有許多復雜因素導致開關(guān)柜過熱故障。根據(jù)筆者積累的開關(guān)柜運行管理經(jīng)驗，造成開關(guān)柜過熱故障的主要原因有幾個。

1.機柜內(nèi)設(shè)備異常發(fā)熱:無論用哪種材料傳輸功率，都存在材料電阻。在電流和電壓的作用下，設(shè)備會產(chǎn)生正常的熱損失。然而，當電流回路中接頭的電阻值太大時，該部分的間隙將放電，熱值將急劇增加。當開關(guān)柜正常散熱不能快速散熱時，該部分溫度會異常升高。開關(guān)柜容易出現(xiàn)過熱故障的部分如下:

(1) ①10kV側(cè)母線、刀閘均設(shè)置在開關(guān)柜的狹小空間內(nèi)，母線為增加絕緣經(jīng)常使用絕緣熱縮套管，如母線銅不閉合或連接點緊固會造成接觸電阻增加；

②開關(guān)柜隔離斷路器的靜態(tài)和動態(tài)觸點未緊密接合，觸點不良，形成相應(yīng)的間隙。電流在這里形成局部放電，導致嚴重的發(fā)熱和溫度上升。在運行過程中，這種熱故障的可能性很高。

(3)柜內(nèi)電流互感器一般采用全密封環(huán)氧樹脂澆注結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的初級繞組和鐵芯散熱效果差。此外，通常在大電流電路中增加兩個連接到頭發(fā)的熱源，這在大電流操作期間導致嚴重的內(nèi)部CT加熱問題。

2.防護等級因素導致散熱不良:為防止人體與開關(guān)柜的高壓帶電部件意外接觸和開關(guān)柜的異物進入造成設(shè)備短路，目前，開關(guān)柜基本采用金屬全封閉外殼。一般標準要求金屬外殼達到IP4X防護等級，即能夠阻擋直徑大于1.0毫米的金屬線或厚度大于1.0毫米的窄條等物體進入的防護標準，這極大地限制了開關(guān)柜的散熱效率。如果柜內(nèi)設(shè)備異常過熱，柜體內(nèi)的自然通風系統(tǒng)或強制通風系統(tǒng)不能滿足散熱要求，將導致柜內(nèi)部件在散熱不良的高溫環(huán)境下絕緣性能逐漸惡化，埋下過熱開關(guān)柜的隱患。

3.柜體渦流加熱:高電壓開關(guān)柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料組合不當，大電流柜渦流加熱會導致嚴重的異常溫升。汕頭供電局在高峰負荷期間對各站重要設(shè)備進行了紅外熱成像缺陷調(diào)查。發(fā)現(xiàn)汕頭供電局220千伏站主變壓器為低開關(guān)柜B-C相和A-B相。機柜的內(nèi)部隔板被加熱到大約85℃，導致開關(guān)柜機柜的溫度達到90℃。確認后，通過大電流在普通鋼隔板上產(chǎn)生大渦流來加熱主母線。此外，早期開關(guān)柜產(chǎn)品的自然和強制排氣系統(tǒng)的不合理設(shè)計導致了門開口的異常加熱。

4.運行維護因素:目前，成套設(shè)備開關(guān)柜必須按標準通過1.1次溫升和熱穩(wěn)定性檢查后才能投入運行。然而，在用電高峰季節(jié)或維護模式下，由于電網(wǎng)連接和區(qū)域供電能力的限制，一些11+主變壓器被迫長時間處于滿負荷甚至過載狀態(tài)，這往往導致主變壓器的低壓進線柜和饋線柜通過較大的電流，導致柜內(nèi)元件的發(fā)熱量增加。此外，開關(guān)柜的定期檢查、預試驗和維護的質(zhì)量也與開關(guān)柜的異常溫升直接相關(guān)。例如，日常維護和清潔忽略了去除機柜中的灰塵和蜘蛛網(wǎng)，由于散熱空間狹窄，降低了設(shè)備的絕緣能力和機柜中的散熱效率。

5.環(huán)境因素:國內(nèi)氣候報告顯示，中國南方夏季室外溫度保持在35℃ ~ 40℃，少數(shù)地區(qū)超過40℃。設(shè)備本身發(fā)出的熱量疊加會導致配電室環(huán)境溫度過高。如果開關(guān)柜采用傳統(tǒng)的散熱方式，并且缺乏通風設(shè)施，將會間接增加進入房間的灰塵和濕氣的量，使得開關(guān)柜處于更差的運行環(huán)境中，這將加劇開關(guān)柜中主要部件的加熱，并形成開關(guān)柜的異常加熱。

3、高壓開關(guān)柜熱處理及防治措施

供熱故障對高壓開關(guān)柜設(shè)備和供電系統(tǒng)的運行危害很大。如果不及時處理，將會燒壞與系統(tǒng)相連的大大小小的設(shè)備，造成嚴重的安全事故。從安全角度來看，電力企業(yè)應(yīng)建立綜合措施，預防和控制高電壓開關(guān)柜過熱。

1.設(shè)備選擇和訪問控制:國家標準或國際電工委員會標準規(guī)定了開關(guān)柜設(shè)備的設(shè)計、制造、測試、安裝、安全和環(huán)保技術(shù)要求。目前，開關(guān)柜的許多制造商一般按照通用標準制造。但是，由于不同的區(qū)域運行條件和不同的維護管理要求，用戶有必要進一步規(guī)范制造商的制造標準、技術(shù)和質(zhì)量，嚴格選擇類型和訪問條件，從源頭上確保開關(guān)柜適合“本地化運行”。在溫度、濕度和設(shè)備容量高的經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，當開關(guān)柜時，過熱故障的概率很高。因此，企業(yè)有必要對動態(tài)熱穩(wěn)定性驗證、溫升試驗、設(shè)備溫濕度控制和排氣系統(tǒng)等提出相應(yīng)的制造標準和要求。結(jié)合實際情況。例如，自動控制柜內(nèi)的濕度需要設(shè)置一個智能數(shù)字顯示溫濕度控制器和一個功率不超過100瓦in 開關(guān)柜的加熱器。3150A和4000A大電流柜采用額定電流為4000A的真空斷路器，配有連續(xù)運行壽命不低于2年的優(yōu)質(zhì)風機。風扇可以在沒有總線斷電的情況下進行維護，并且便于更換。禁止用風扇直接吹真空斷路器散熱。熱縮絕緣封裝，熱縮絕緣厚度不小于2mm，滿足溫升試驗要求(應(yīng)提供溫升試驗報告)；對于額定電流為2000安培及以上的柜內(nèi)電流互感器，在保證內(nèi)部安全距離的前提下，應(yīng)盡可能選擇穿芯結(jié)構(gòu)電流互感器，以改善電流互感器的冷卻條件等。

2.設(shè)備更換和改造:一些早期的開關(guān)柜產(chǎn)品在技術(shù)和結(jié)構(gòu)上仍有不完善之處，導致開關(guān)柜溫度異常升高，給運行帶來很大隱患。對于此類設(shè)備，如果使用壽命太長，改造成本太高，應(yīng)以設(shè)備更換為基礎(chǔ)。如果局部改造能滿足運行要求，則應(yīng)批準改造，以徹底消除開關(guān)柜溫升過高的缺陷。我公司處理了渦流影響及通風散熱系統(tǒng)造成的3150A開關(guān)柜局部加熱偏差低的缺陷，實際運行經(jīng)驗證明效果良好。具體措施是:關(guān)閉機柜電源，用渦流環(huán)境最小的材料組合替代主母線產(chǎn)生的渦流區(qū)域，在機柜內(nèi)部安裝最佳通風系統(tǒng)，在配電室安裝室內(nèi)空調(diào)，從而降低系統(tǒng)工作環(huán)境的溫度，取得良好效果。

3.運行維護到位:通過綜合實施各種運行維護過熱預防和控制措施，結(jié)合在0+可能出現(xiàn)的異常升溫的主要原因和實際運行中容易發(fā)熱的部位，是保證0+安全運行的必要條件。如下所示:

(1)負載控制?？刂飘斍柏撦d，減少過載操作次數(shù)，防止過熱。目前，社會對電力的需求不斷增加，使得大部分變壓器長時間處于滿負荷狀態(tài)。尤其是主變壓器低壓進線承受的電流值開關(guān)柜往往超標。負載過大會導致部件的加熱頻率增加，導致溫度異常升高。因此，運行管理中應(yīng)做好負荷預測，合理安排運行方式和負荷切換，盡量避免開關(guān)柜滿負荷或過載運行。

(2)聯(lián)系維修。發(fā)生開關(guān)柜發(fā)熱事故的主要原因是開關(guān)柜斷路器手車觸頭接觸不正常，特別是動靜觸頭的嚙合狀態(tài)不理想。維護人員應(yīng)特別注意觸點的維護。重點觀察斷路器螺釘?shù)木o固情況，必要時更換新螺釘、彈簧等部件，防止隔離觸頭多次分離和閉合后彈簧老化，導致觸頭連接松動。同時，在隔離觸點上涂抹導電膏和凡士林，以降低接觸電阻。

(3)定期檢查和預試驗。應(yīng)在開關(guān)柜范圍內(nèi)對設(shè)備進行定期檢查和測試。應(yīng)根據(jù)測試程序逐一進行驗證。如果發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，應(yīng)結(jié)合歷史數(shù)據(jù)進行對比分析，判斷設(shè)備絕緣容量在開關(guān)柜范圍內(nèi)。柜內(nèi)絕緣劣化或故障部件應(yīng)及時更換，以消除人為失誤給開關(guān)設(shè)備帶來的巨大安全隱患。

④安裝在線監(jiān)控。在線測溫裝置安裝在開關(guān)柜內(nèi)，實時監(jiān)測開關(guān)柜內(nèi)觸頭、銅排、輔助部件等運行設(shè)備的運行情況。測量裝置與電流繼電器配合，同時啟動風扇。當機柜中的溫度或繼電器中的電流達到固定值時，風扇開始冷卻。如果溫度繼續(xù)上升到另一設(shè)定值，則發(fā)出報警信號，通知值班員及時處理，也便于維護人員直觀判斷加熱故障情況，鎖定過熱位置開關(guān)柜，實施有針對性的維護處理。

⑤改善作業(yè)環(huán)境。一般情況下，考慮改善配電室的通風和排風系統(tǒng)，設(shè)置空調(diào)從整體上控制配電室環(huán)境的溫度和濕度，以避免開關(guān)柜運行過程中的累計溫升。