变电站高压闸刀发热预控及处理探讨

袁士超，罗轶，严勇，周海宏，张勇，朱艳伟

（国网浙江省电力公司宁波供电公司，浙江 宁波 315010）

高压闸刀是电力系统中使用量最大、应用范围最广的高压电器设备之一，由于其结构相对简单，在日常的检修和维护中常常不被重视，日积月累容易产生各种问题。其中，高压闸刀发热便是最突出的一类。2017 年宁波电网缺陷统计中，高压闸刀发热和高压熔丝熔断是出现频次最高的两类缺陷。闸刀的正常运行已成为电网运行最薄弱的环节之一，对电网的安全、经济运行造成很大影响。因此，对高压闸刀发热问题的研究具有重要的现实意义。

本文从高压闸刀发热的危害、原因、预控及处理等多角度进行全方位分析和探讨，为预防和解决高压闸刀发热问题提供可行的方法。(35kV 及以下高压闸刀主要以开关柜的动静触头形式出现，与开关柜一起都放置于室内，同GIS 设备类似，运行环境相对较好，一般不会出现发热情况，因而本文研究的高压闸刀默认为110kV 及以上的室外高压闸刀)。

1 高压闸刀发热原因

1.1 根本原因

高压闸刀发热的根本原因是电流的热效应。运动着的电子与导体内的分子发生摩擦和碰撞时，导体内的分子在碰撞的过程中获得能量，也使分子运动加快，这时电能转变为热能。电流流过金属导体时，导体会发热，这种现象称为电流的热效应。根据焦耳定律，在通电时间t 秒内，总的发热量为 ：Q=I2Rt 焦耳。

可见导体的发热情况与电流的平方成正比，导体的电阻成正比，与导体的截面积成正比(由于电阻值跟导体的截面积成正比)，同时也和电流持续时间的长短、导体的形状、散热环境等因素有关。

1.2 日常原因

（1）运行模式。导电回路产生热量是正常现象，高压闸刀在工作电流超过额定电流70%就会造成过热现象。若是异常天气或事故情况下，运行方式变化导致某闸刀通过过大电流，根据发热量与电流平方成正比，该闸刀对应发热情况也会相应增加（图1、2）。

（2）环境因素。室外高压闸刀工作环境复杂，设备电流回路连接点(闸刀触头)等位置经常受到风吹、雨淋、雪融、暴晒、冰冻等自然天气变化造成的侵蚀，经过长期运行后，这些接头很容易发生氧化、腐蚀，形成氧化膜，导致连接处接触电阻增大，接触不良。该现象如果不能及时发现和处理，接头的氧化程度将进一步恶化，造成变电站设备局部温度骤然上升，引起变电站运行设备发热。

图1 闸刀通过大电流引起发热

图2 闸刀出线接头长期侵蚀后发热

（3）操作因素。在高压闸刀实际操作过程中，用力不当或者是调试不当，都会造成变电站高压闸刀的合闸不到位，触头的压力不足，造成接触不良，引起触头过热（图3、4）。

图3 闸刀刀口操作不到位导致发热

图4 闸刀触头、触指无法紧密咬合导致发热

（4）设备因素。设备本身在制造上存在问题，质量未过关，高压闸刀触头的弹簧长时间运行，失去了弹性，压力明显降低，造成导电臂和触头之间接触不良，电阻增加，引起发热。

（5）安装因素。在对闸刀进行安装与调试的过程中，由于相关技术人员的专业技术等问题导致安装时接头的连接不紧密，使得闸刀与触头之间电阻增大，更容易发热出现氧化（图5）。

图5 闸刀接头安装不紧密导致接线板发热

2 高压闸刀发热影响

2.1 直接影响

（1）导致材料的劣化。发热温度超过设备所能够承受的热量时，其设备材料就会发生劣化现象，金属过热融化，有机绝缘材料脆化，绝缘性能下降。

（2）引发火灾事故。当电力设备温升过高，击穿绝缘引发短路事故，短路的热效应可引起燃烧，进而引发火灾，甚至会导致爆炸，对电网运行和人员安全造成极大威胁。

（3）损耗增加。导体发热会增大电阻，使电能的损耗进一步增大造成恶性循环，最终损坏设备。

2.2 间接影响

（1）高压闸刀发热后，为缓解发热情况，需对发热闸刀所通过电流进行调整，影响负荷、功率的正常输送模式和经济运行方式，负荷转移手段有限则会导致部分负荷被迫控制。

（2）处理高压闸刀发热的缺陷，增加了变电站非计划倒闸操作次数，增加了操作风险，对电网的安全可靠运行造成影响。

3 高压闸刀发热处理

高压闸刀发热的处理思路主要有三种：第一，负荷转移或调整，缓解发热情况。第二，利用其它设备替代该发热设备运行，如旁路闸刀或正副母闸刀。第三，情况紧急，快速负荷转移后或直接拉停发热高压闸刀所在间隔。

如按是否需要立即隔离为区分标准,高压闸刀发热处理分为发热情况较轻，发热情况较重两种。

3.1 发热情况较轻，无需立即隔离

（1）转移该闸刀流过负荷电流，高压闸刀发热情况得到缓解，具备长期运行的条件。

（2）有旁路开关的，用旁路开关旁代高压闸刀所在间隔。

（3）双母接线方式下母线高压闸刀发热，通过倒排改变闸刀运行方式。

（4）发热高压闸刀流过电流可通过电厂出力调整，调节电厂出力。

3.2 发热情况严重，需立即隔离

（1）本级环网运行，可直接拉停高压闸刀所在间隔开关。如图6 所示，A1 间隔线路闸刀发热严重，A、B 两线环网运行，则直接拉停A1 间隔。

图6 发热情况较重案例1

图7 发热情况较重案例2

（2）间隔拉停后负荷可通过安自装置自动调整或负荷损失影响较小，可直接拉停高压闸刀所在间隔开关。如图7所示，C 站内桥接线方式，线路备自投投入状态，A1 间隔线路闸刀发热严重，则直接拉停A1 间隔，C 站通过备自投切换至B 线供电。

（3）间隔拉停后造成负荷较大损失，可通过遥控方式转移全部或部分负荷后立即拉停高压闸刀所在间隔开关。

4 高压闸刀发热预控

4.1 投入运行前

（1）把好新设备交接试验关，对新设备出厂质量进行严格的把关，这样才能在最后产出时选出质量过关的产品，其中设备的选择上要严格按照国家的相关标准执行。

（2）对于新投运变电站应选用可靠性高、技术先进的设备。安装时应注意安装工艺，对户外闸刀的引线连接应采用铜铝设备线夹连接，大电流回路应使用铜铝过渡板。铜铝线夹或铜铝过渡板均应对铜质部分搪锡，以提高接触效果，降低接触电阻。

4.2 投入运行后

（1）加强巡视。变电站值班员每天应巡视隔离开关,尤其要巡视通流导体有无发热，同时应根据当时环境温度及工作电流判断发热是否正常,也可以在闸刀通流部位贴示温片，观察有无热融。

（2）正确操作闸刀。在操作闸刀时，不得用力过度，密切注视闸刀传动部件的运动情况。合闸时，动静触头刚接触时应迅速果断地将闸刀合上；分闸时，在动静触头刚离开时，也应迅速拉开，尽量减少燃弧时间，以减少动静触头的电弧烧损。

（3）提高检修工艺质量。在设备的日常防护维修中做好工作，尽最大可能的减缓设备的氧化，利用计划停电，春、秋季检修机会在结合部位采用涂抹复合脂的方法，防止其氧化。在设备的接头部分要保证螺丝的稳固性能良好，这对于整体设备都有着显著的保护作用。

（4）更新改造老旧的闸刀。逐步淘汰一些运行多年、结构不合理的老型号闸刀，彻底解决导电回路过热的缺陷。

5 结语

高压闸刀异常发热既有设备本身的原因，也有检修安装施工等方面的原因，一旦出现异常发热，损耗增加，并直接影响到设备的安全运行，严重时会出现绝缘击穿，引起火灾。同时，在处理高压闸刀发热时，轻则转移负荷，重则拉停设备导致负荷损失，间接影响非常严重。本文从高压闸刀发热的危害、原因、处理等多角度进行分析和探讨，并在最后从投入运行前、投入运行后两方面，对高压闸刀的发热问题提出了预控措施，为该问题的标本兼治提供了可行方案。