高压配电柜内部发热隐患

柜内设备因运维、检修问題导致发热
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。

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。

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llOkV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℃。

图3 甲开关柜前门红外测温图谱

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。

图5 甲开关柜前门红外测温图谱

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)。

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。

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llOkV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。

图9  1OkV 1号主进线柜后门处红外测温图谱

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。

图11 1OkV 1号进线封闭母线桥表面发热红外测温图谱
图12 1号主进线柜手车B相动触头红外测温图谱

图13 1号主进线柜手车B相动触头前部红外测温图谱

图14 1号主进线柜手车母线侧静触头红外测温图谱

图15 1号主进线柜后的穿板套管红外测温图谱

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llOkV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)。

图17 手车动触头缺失压紧弹簧情况图

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。

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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