中国高校科技大电流中置插头柜发热故障分析

发布时间：2014-12-29 16:15:34更新时间：2014-12-29 16:16:05 1

　　摘要：10kV大电流中置插头柜为变电所最常用的开关设备，大电流中置插头柜内设备运行发热后引发的事故呈上升趋势，本文介绍了导致大电流中置插头柜内设备发热的多种原因，并对大电流中置插头柜内设备发热情况进行讨论和分析，对防止大电流中置插头柜设备过热事故提出针对措施，对大电流中置插头柜就设备安装制造及运行维护提出有实际指导意义的做法，对防止大电流中置插头柜过热事故发生，有实际借鉴作用。

　　关键词：中国高校科技,大电流,插头柜,发热故障,在线监测

　　1.引言

　　近年来，因大电流中置插头柜设备过热引起的事故呈上升趋势，造成设备短路烧毁，供电中断，给社会带来不良影响。事实上，过热故障、绝缘故障和机械故障是造成电力系统安全事故重要原因。而过热故障的发生频率又占事故总数的50%以上，多种原因都会导致10kV大电流中置插头柜内设备的发热，要解决好这一问题，应该认真分析原因，找出故障根源，必须有针对性地采用各种有效措施。涉及到制造精度、监造过程、设备选型、基建验收、生产运行等。只有采取综合措施，才能达到好的效果，不能指望用某个单一措施就能解决问题。

　　2.大电流中置插头柜内设备发热情况分析

　　上面提到的大电流中置插头柜过热，主要是指母分隔离手车柜或主变隔离手车柜过热，而手车柜过热主要指手车柜内的动静隔离插头接触不良引起的发热，是导致柜内设备过热故障的最根本原因。另外，设备运行过程中，导磁体内产生的涡流损耗也是引起柜内设备发热的重要原因。同时柜内设备散热不畅加速了设备老化，也是造成过热故障的一个重要因素。

　　总结原因，可以从下列情况分析：

　　2.1制造工艺不精密。手车与柜体各种加工误差积累引起操作的不到位或局部变形，插头手车推入工作位置后，动静触头啮合不良，造成动静触头接触电阻增大，并使触头部位过热，温升超过技术要求，热量通过触臂传递至绝缘筒处，绝缘件被长期烤炙，其绝缘能力逐步下降，在外部有过电压事件触发下(如雷击、线路单相接地故障等)或突破绝缘临界点后，发热加剧产生金属离子，通常将引起单相接地后产生弧光，继而发展为三相短路事故。

　　2.2梅花触头弹簧质量有缺陷。插头手车配置在大电流间隔(如母分、主变)，触头部位长期通过大电流产生的热量使静触头逐步弹簧老化并松动，使隔离手车上梅花触头失去部分压紧力，进一步导致动静触头电阻增大。

　　2.3隔离手车导轨机械强度不够。手车重量大，长期作用下导轨变形，会导致动静触头的配合产生爬坡现象，或者触头插入深度不够，啮合深度不一，导致接触电阻过大，使动静触头接触进一步恶化。

　　2.4涡流发热。开关柜中，大电流流过导磁体时，发生涡流损耗发热，涡流发热导致触头盒加速老化，绝缘下降。

　　2.5触头固定方式有缺陷。固定动静触头的螺栓只有一颗，导致导电体接触面的接触压力不够(查阅相关资料，导体的接触压力主要集中在垫圈的部位，接触压力与接触点距垫圈的距离成反比)，而且部分固定螺栓的螺纹长度不够，抗动热稳定性能不足，长期运行后热胀冷缩螺母易松动，进而加大了接触电阻，年检例行试验工作中若不进行紧固，将会导致发热。

　　2.6关键元器件质量可能存在问题。

　　梅花触头：隔离手车配置在大电流间隔(如母分、主变)，触头部位长期通过大电流产生的热量使静触头逐步弹簧老化并松动，使隔离手车上梅花触头失去部分压紧力，进一步导致动静触头电阻增大。

　　绝缘件：绝缘件在压注过程中如残留气泡，仅通过耐压试验是很难发现的，在投入运行后绝缘件会因过度受热，绝缘受损爆裂，形成单相接地，继而发生拉弧，引发三相对地短路，触头盒高温炭化。

　　导电体：隔离手车的动触头、触臂及极间连接铜排的材质如果含杂质超标，将导致回路电阻增大，温升过高，绝缘件在热循环的作用下老化厉害，绝缘性能下降。

　　2.7入网技术要求有漏洞。

　　设备招标文件对插头手车无技术参数要求，一般是由开关柜中标厂家自行设计制造，造成插头手车柜的设计安装较随意。常发生事故的插头柜未按大电流开关柜的设计安装要求加装排热风扇和防凝露装置。

　　2.8缺少有效的测温手段。

　　由于KYN44-12柜型为金属铠装柜，柜体安装的普通玻璃观察窗，因其无法通过红外光而无法进行红外测温。一般通过测柜体表面温度来判断是否有过热异常，由于柜体表面与柜内导流部件有一定的空间，真实的导流部位温度与柜体表面温度存在较大偏差，使跟踪测温的准确性和及时性大打折扣。

　　3.大电流中置插头柜内设备发热处理对策

　　为了防止大电流插头柜过热事故的发生，需要尽可能从源头上加以治理，才能从综合以上问题的分析，应从技术改进、质量控制、装配工艺等方面，采取以下针对性改进措施：

　　3.1技术改进

　　1)重新设计了隔离手车，以前是按变电所断路器厂家来匹配隔离手车的尺寸，现在统一了规格和尺寸，标准化设计有利于制造工艺的控制。

　　2)隔离手车绝缘筒内导电件配置进行优化。隔离手车绝缘筒内导电件，选用T2的纯铜材质，根据隔离手车额定电流来设计零件的截面大小。按照电力系统通常设计规范，T2材料的截面载流能力每平方毫米能够达到2~2.5A，但考虑到绝缘筒内的散热条件不太理想，我们设计时选用的截面载流量一般都不大于2A，通常都在1.5~1.8A之间，如对于额定电流为1250A的隔离手车，连接铜排选用10×80的铜母线，其截面载流量为1.56A;对于额定电流为 4000A的隔离手车，导电杆选用Φ79×18的纯铜管，其最小截面处载流量不到1.4A。

　　3)在大电流中置插头柜柜顶及电缆室后门各装两只60W的轴流风机，形成对流，加强散热效果，及时排除柜内设备发热。风机控制可以采用温控器控制，也可采用电流继电器控制，根据运行习惯确定控制方式。

　　4)在大电流中置插头柜柜后母排位置开红外测温窗口，在日常巡检时监测设备运行情况，记录母排运行温度，并记录运行电流值，可作为后期温升预警的参考。

　　5)有条件的变电所可以在大电流中置触头柜内加装无线测温装置，基体方案是手车触臂及触头盒搭接引出线处安装温度探头，在仪表室安装接收器，可在仪表门上装温度显示仪，也可统一安装上送到后台，实现实时检测啮合处动触臂和隔离车内铜母排温升情况。

　　3.2装配工艺改进

　　1)额定电流3150A触头盒和静触头改用4000A。触头盒采用5颗螺丝安装，中间采用Φ20全螺纹螺栓，旁边四颗Φ10螺栓，螺纹长度不少于 27mm。2011年已对大电流隔离手车进行了工艺改进，动触头一次部分采用4个螺栓连接，进一步增强动热稳定能力。绝缘筒里面铜母线连接改用镀银铜柱，铜柱外表增加一层绝缘层，增强绝缘能力。绝缘筒顶部增加散热器，上面设多个小铜管，增加散热面积，绝缘筒盖在投运时必须取下。

　　2)对动触头与静触头的同轴度加以控制，同轴度不好，主要是由于加工精度差或者装配精度差造成;也可能是由于手车轨道等变形所造成。控制好动触头与静触头的同轴度，并确定动静触头啮合长度控制在15mm-25mm之间，保证动静触头的接触面，防止爬坡。

　　3)螺栓连接的紧固力矩满足相关技术规范要求。

　　3.3质量控制

　　1、对触头手车元器件供应商执行严格质量控制，完善进货检验项目;

　　1)梅花触头规定按批次抽检进行抗疲劳试验(试验设备：弹簧拉压试验机);

　　2)绝缘件除常规的检验外增加局放检测项目(试验设备：局部放电检测系统);

　　3)导电件铜排进行电导率测试，判断杂质是否超标(试验设备：涡流导电仪)。

　　4)负责对供应商提供的信息进行严格审核，定期要求供应商提供有效期内的检测报告。如梅花触头需进行弹簧化学成分、硬度、金相组织等项目的检测分析;铜排的硬度试验、弯曲试验、化学成分、电阻率等项目的检测分析，针对检测报告的各项技术参数和检验结论，判断是否符合国家标准。

　　4、结论

　　大电流中置插头柜过热故障是电力系统运行的一个老大难问题，插头柜设备过热的原因很多，需要针对基体情况采取有效的措施，解决好设备过热问题，尽可能从源头上消除过热的问题，加强设备的维护和检修，做到举一反三，全面彻底。确保设备的运行安全，保证用户的用电可靠性。

　　参考文献

　　[1]国家电网公司十八项电网重大反事故措施[Z] 国家电网公司，2005