浅析10kV手车式金属封闭开关柜触头发热原因及对策

陈世昌

(广东电网公司东莞供电局，东莞 523000)

浅析10kV手车式金属封闭开关柜触头发热原因及对策

陈世昌

(广东电网公司东莞供电局，东莞 523000)

通过一起10kV手车式金属封闭开关柜触头过热故障的技术分析，对各种可能导致触头过热的原因进行定位排查，提出几种预防此类事故的措施和建议，以供读者参考。

开关柜;触头;过热;对策

1 引言

10kV手车式金属封闭开关柜结构紧凑、占地省、操作方便、安全可靠等优点，在电力系统发电、变电、配电系统内得到广泛应用。但手车式金属封闭开关柜体积小、散热条件较差，尤其是在静触头室内散热更加困难，而且难于对运行中手车式金属封闭开关柜导体触头温度进行监测，内部发热故障隐蔽性强。近年来，运行中的手车式金属封闭开关柜发生多起触头发热故障，对系统的安全稳定运行带来冲击。本文通过对一起10kV手车式金属封闭开关柜触头发热故障调查，对引起故障的原因进行深入分析，并由此提出几种预防此类事故的措施和建议，以供读者参考。

2 金属封闭开关柜内部结构特点

金属封闭开关柜的一次设备分布在4个相互独立的隔室内，分别为母线室、断路器手车室、电缆室、继电器仪表室，如图1所示。开关柜除实现电气连接、控制、通风而必须在隔板上开孔外，所有隔室呈封闭状态。在出线室有连接出线电缆的3个主接头与其他多个电气连接点。以上所说连接点直接流过负荷电流，当负荷较大时存在隐患的连接点就会发热。由于发热点在密封柜内，运行中的柜门禁止打开，运行人员无法通过正常的监视手段发现内部发热缺陷。一旦触头发热严重时必然造成事故发生，影响系统安全运行。

图1 手车式金属封闭开关柜结构示意图

3 一起金属封闭开关柜发热故障调查

3.1 现场故障情况调查

2012年4月25日8时28分，某站2#主变10kV侧5020刀闸小车运行过程中出现三相短路故障导致2#主变差动保护差动电流速断保护动作，跳开2#主变变高102开关、变低502甲、502乙开关，故障差动电流为7.15A(二次值)，折合一次电流峰值为4290A。现场调查发现5020刀闸手车B相靠主变侧静触头有明显烧蚀痕迹，动触头梅花触指仅剩余9只梅花触指(共有32只触指)，其余部分均已烧毁，刀闸小车后部存在明显的相间短路放电痕迹，静触头室及后部母线排CT均有明显熏黑迹象，如图2、图3所示。

图2 B相下动触头梅花触指严重烧毁，仅剩9个触指

图3 刀闸导电杆后部存在明显放电痕迹，为三相短路点

3.2 故障原因初步判断

故障前，站内无任何进行开关分合或刀闸操作，相关线路亦无雷击状况，5020刀闸负荷电流为约为1709A，仅为其额定电流的54.3%，可排除过电压或过负荷导致故障的可能性。综合现场调查与保护故障录波图分析，将设备故障过程分析如下(大概分为三个阶段):

(1)初始阶段:因5020刀闸动触头梅花触指与静触头接触不良，甚至是虚接，负荷电流仅流过接触良好部分的触指，导致这部分触指的载流量超出其额定值，引起触指的持续发热，由于刀闸静触头室相对密封，持续发热产生的热量无法及时疏散，引起动、静触头温度持续上升;

(2)发展阶段:温度的上升使得动触头压紧弹簧产生膨胀导致其对触指压力下降，引起刀闸动静触头接触电阻增大。根据热量与电流的关系式Q=I2Rt可知:在同等负荷条件下，当动静触头的接触电阻越大，产生的热量就越多，静触头室内的温度也就越高。过高的环境温度使得部分触指开始熔化，甚至压紧弹簧在此阶段也可能出现熔断，从而导致载流触指数量进一步下降，导致剩余触指载流量严重超出其设计的额定值。至此，触指发热进入了恶性循环阶段;

(3)相间短路阶段:静触头室的高温使得梅花触指不断熔化，空气中出现汽化的铜粒子，急剧膨胀的空气带着铜粒子冲出静触头室到达刀闸小车导电杆部位，从而导致5020刀闸相间空气绝缘强度下降形成导电通道，引起相间短路故障。

4 金属封闭开关柜触头发热原因分析

触头导体接触不良或载流量远超出额定值是造成发热的直接原因。在现场运行中，产生触头发热的主要原因有:产品质量缺陷如:设备安装工艺不良，导致触头接触电阻超出管理值;金属封闭柜内通风系统设计不合理导致散热不良;负荷急剧多变等原因。

4.1 产品质量缺陷

设备材质的选择不当，触头载流量设计容量不足或装配质量不过关均可能引起发热。如若小车式开关动触头的位置与静触头的位置存在偏差，开关进入工作位置时触头部分就会接触不良，从而引起发热。

4.2 金属封闭开关柜通风系统设计不合理

金属封闭开关柜体积小，内部部件紧凑，热源集中，本身散热条件就是短板。如若通风系统设计不合理，导体正常运行时产生的热量无法快速疏散，长期积累在开关柜内部各室内，将导致柜内温度的持续上升。

5 建议措施

金属封闭开关柜触头发热是日常生产不可避免的难题，结合其结构特征，我们可以从如下几个方面入手减少触头发热情况，防止恶性事故发生，提高电网运行可靠性。

(1)增加通风孔或加装强制冷却装置，以利于空气流通，提高散热能力。金属封闭开关柜设备主要依靠对流散热，在热对流传递中，热量传递的数量与热对流系数、有效接触面积和温度差呈正比关系;热对流系统越高、有效接触面积越大、温度差越高，所能带走的热量也就越多。由于有效接触面积一定，环境温度只能通过提高热对流系数来改进散热效果。因此需要应完善其自然通风系统，在开关柜的电缆室、母线室、断路器室采取底部进风、顶部排风的专门通风通道的设计方式，使设备在运行中发生的热量能有专门通风通道释放，必要时还可以加装强制冷却装置来提高散热能力。

(2)严格把好新设备入网前的验收关。对金属封闭开关柜触头的材料选择，触指载流量的设计等参数进行校核，严格按照产品设计要求对安装工艺进行验收。开关柜导体接触面应平整光滑，各部位压紧螺丝应符合相关力矩要求，孔眼与螺栓之间不应有过大缝隙，保证手车动触头插入深度，并且接触良好。现场交接试验时应测量主回路导电回路电阻，测量值应与出厂前无明显差别，从而保证触头不因接触不良造成过度发热。

(3)积极研究金属封闭开关柜触头温度监测新技术。随着传感器技术、信号处理技术、新材料技术日益成熟，实现开关柜触头温度精确在线监测成成为了可能。例如预装设光纤式测温装置、无线测温装置等措施，实时监测柜内设备的运行状况，在触头发热故障初始阶段就进行状态维护，从而实现金属封闭开关柜安全稳定运行。

6 结语

金属封闭开关柜虽然具有许多优点，但由于体积小，散热空间小，存在散热困难的特点。因此应对金属封闭开关柜，特别是大电流柜上不进行通风改造，必要时在运行中加装强冷却装置以加强散热。有条件的地区可以装设在线测温装置，实时监测柜内设备的运行状况。通过这些措施可以及时发现与预防开关柜内部设备载流故障发生，提高设备运行可靠性。

［1］ 徐国政.高压断路器原理和应用［M］．北京:清华大学出版社，2000．

［2］ DL/T664－2008带电设备红外诊断技术应用导则［S］．北京:中国标准出版社，2008．

［3］ GB/T 11022－1999高压开关设备和控制设备标准的共同技术要求［S］．北京:中国电力出版社，1999．

［4］ 王宏，张铁10kV高压开关柜常见故障分析和对策实施［J］．中国电力教育，2008．

［5］ 张宝星，一起10kV开关柜发热异常的原因分析及对策［J］广东输电与变电技术，2010(2)．

The Reason and Countermeasure of the Contact Heating of 10kV M etal Sw itch Cubicle

CHEN Shi-chang
(Dongguan Power Supply Bureau，Guangdong Grid，Dongguan 523000，China)

By technical analysis to the contact overheat fault of10kV handcart closed metal switch cubicle，various reasons that lead to the contact overheathave been fixed and checked up．The paper puts forward severalmeasures and suggestions for preventing the faults，for your reference．

switch cubicle;contact;overheat;countermeasure

TM591

B

1004－289X(2013)03－0077－03

2012－06－15

陈世昌(1981－)，男，本科，毕业于华北电力大学，电气试验技师，助理工程师长期从事现场高压试验技术的研究。