高压开关柜发热和放电原因分析和改进措施

鉴曙光

（山东钢铁股份有限公司莱芜分公司能源动力厂，山东莱芜 271104）

0 引言

莱钢能源动力厂老区2#35 kV 变电站于2004 年投入使用，近几年，站内变压器低压侧6 kV 进线开关柜在实际运行中故障频发，严重制约电力系统安全稳定运行。

1 现状调查

（1）动力厂统计2018 年6 kV 进线断路器触头运行温度和对应时间，热缺陷75 ℃以上运行94 天，严重热缺陷90 ℃以上运行26 d，最高运行温度达到92 ℃。

（2）动力厂应用局放检测仪等手段对6 kV 进线开关柜进行局放检测，测试结果如图1 所示。开关柜柜内放电明显，根据相位图可以看到有一簇明显的幅值较大的放电信号。

图1 改进前开关柜局放检测结果

2 原因分析

（1）变压器低压侧6 kV 进线断路器额定容量小，近几年，随着厂内新建环保设备不断投产，6 kV 用电负荷增大。由于变压器低压侧断路器一直未扩容改造，当用电负荷超过20 MW时，断路器触头出现发热现象。

（2）断路器触头松动，高压开关柜采用小车式断路器，断路器的梅花动触头插入静触头时，触头的外圆柱面与众多触指的内圆弧面接触不吻合，导致接触面积很小，接触电阻明显增加，造成触头发热。

（3）穿柜套管内电场分布不均，值班人员夜班点检时，发现变压器低压侧6 kV 进线开关柜体上部有放电异声并伴随放电火花。经停电检查发现，穿柜套管内屏蔽线已断裂，而且铜排与套管内腔无法紧密接触，存在2 mm 左右的空气间隙，此处空气间隙被击穿，产生强烈的局部放电。

（4）高压开关柜内潮湿，6 kV 配电室旁边为循环水泵房，检测发现配电室环境温度25 ℃时开关柜内湿度达到64.3%RH，大于开关柜内湿度标准（≤50%RH）。湿度增加使空气绝缘下降，也使设备绝缘电阻的阻值下降，当泄漏电流增大到一定程度时，就会发生高压开关柜闪络放电现象。

3 改进措施

3.1 降低断路器运行温度

（1）结合6 kV 系统电气清扫，对进线断路器进行扩容升级。首先更换主母排上的断路器静触头，其次将额定电流2500 A 的断路器升级为4000 A。确保高负荷运行情况下6 kV 进线断路器的运行温度在正常范围，也提高了断路器的热稳定性能。

（2）改进断路器触头结构，如图2 所示，在接触部位增加另外一种接触方式，以保证在弹簧触指失效情况下仍能有效接触，即在目前移动式开关柜动静触头梅花式触指中心处加装辅助触指，将手车摇入开关柜时，可以引导动静触头快速准确地投切到位。运行时可以增加有效接触面，防止动触头触指弹簧断裂，导致动静触头失去有效接触或有效接触面积不够，导致发热。

图2 断路器触头结构

3.2 消除开关柜内放电

（1）在开关柜母排上加装热缩管，提高母排的防腐蚀作用和绝缘性能，如图3 所示。连接穿墙套管屏蔽线，将屏蔽引出线安装固定在一次铜排上，这样铜排和屏蔽圈就处在等电位。调整套管内部母排位置，使其尽量居中，消除了放电影响。

（2）在开关柜内加装自动除湿装置，如图4 所示，工作模式全自动控制，当湿度高于50%RH 时抽湿器自动投入工作，湿度低于40%RH 时自动停止抽湿。除湿装置将开关柜内的潮湿空气，抽到抽湿器的凝露室，进行气、水分离，使柜内空气流动，以达到开关柜内部空气干燥的效果，避免绝缘下降造成的放电现象。

图3 母排上加装热缩管

4 效果验证

图4 开关柜内自动除湿装置

（1）通过对变压器低压侧6 kV 断路器进行扩容改造，将动静触头单面接触的方式改变为内外互相接触的方式，实现动静触头的全方位多点接触。改善了断路器在运行过程中的通流能力、热稳定能力，断路器温度降低到70 ℃，消除了设备热隐患，提高系统抗风险能力。

（2）通过对开关柜穿柜套管加装屏蔽线，调整母排和套管内壁间距，改善了套管内部电场分布，有效提高空气间隙的击穿电压，避免放电现象。改善后测试图谱没有明显相位特征，幅值无异常，没有放电波形，无明显放电特征（图5）。

图5 改进后开关柜局放检测结果