淺談如何防止10kV封閉式開關柜因發熱引發的事故

許兆輝

摘要：深圳供電局變電站10kV開關柜絕大部分采用封閉式開關柜，而大部分封閉式開關柜內部無法使用紅外測溫，開關柜內的實際溫度與柜面溫度相差很大，變電站值班員無法準確判斷封閉式開關柜內部溫度，開關柜內部發熱到一定程度可導致接地短路事故的發生。本文針對上述情況采取高壓室安裝空調降低環境溫度、利用活動觀察孔進行紅外測溫、開關柜內安裝感溫探頭、開關柜內安裝散熱風扇、利用局放儀進行局放測試等措施及時發現或防止封閉式開關柜因發熱引發的事故。

關鍵詞：封閉式開關柜發熱測溫溫度

前言：深圳供電局西部電網發展迅速，變電管理二所共有變電站97座，大部分變電站主變滿載、重載，同時夏天氣溫較高，很多因素引發開關柜內部發熱，由于封閉式開關柜內的實際溫度目前無法準確判斷，導致大電流開關柜嚴重發熱而引發的接地短路事故時有發生，從而影響供電可靠性，不利經濟發展及居民用電需求。針對此難題提出自己解決措施和建議。

一、10kV封閉式開關柜內部發熱問題現狀及原因，下面以象山巡維中心所轄變電站分析：

1、象山巡維中心所轄變電站10kV開關柜全部采用封閉式開關柜，開關柜發熱主要集中在主變變低及其隔離開關柜。如下圖：

2、發熱原因：

2.1電網結構跟不上電網發展的速度，負荷重，設備長期滿載影響，隨著夏天的逐漸到來，氣溫升高，用戶負荷逐漸加重。10kV 501CT、503CT的實測負荷電流長期為2500A-2650 A（主變壓器容量50MVA，變低額定電流2749.3 A），負荷率已經達到90.9%-96.4%，加上10kV高壓室沒有安裝空調，室內溫度長期在30-40℃，使開關柜體散熱不良；

2.2：部分舊開關柜沒安裝散熱風扇，使開關柜體散熱不良；

2.3：設備的安裝、連接工藝不佳，驗收未把好關，金屬連接部分螺絲松動發熱、觸頭接觸不良；設備有質量問題，材質不合格，導致經不起長期高溫、滿載運行。

2.4設備變形老化：隨著電網日新月異的發展，新材料、新工藝、新設備大量在電網中推廣應用，設備的健康水平也有了明顯提高，但是仍有很多老舊設備還在運行。深圳供電局變電站的高壓開關柜在八十年代之前出廠的還仍有在使用中。因此設備的質量與新舊程度參差不齊，也是發生問題的重要原因，老舊設備接頭發熱發生的幾率普遍較高。

二、10kV開關柜內部發熱對變電運行的影響：

1、由于發熱的開關柜主要是主變變低開關或兩側隔離開關柜，處理發熱缺陷時會造成較大面積的停電，嚴重影響了供電可靠性。

2、如果開關柜內嚴重發熱發展成絕緣擊穿，造成接地短路事故，將會造成大量經濟損失，影響經濟生產和居民用電；

3、由于象山巡維中心所轄變電站供電壓力較大，不能及時停電處理發熱缺陷，要對發熱設備進行跟蹤，縮短巡視周期，大大增加變電站值班員的工作量，使原本人手緊張的局面更加捉襟見肘。

三、常規對10kV封閉式開關柜的檢查方法有：

1、用目測的方法：：

在接頭粘貼測溫蠟片方法，該法容易由于設備長期運行，測溫蠟片自然脫落，失去監控意義，利用停電機會更換也是偶然機會，很難保證長期有效監控開關柜內發熱情況；大部分接頭通過柜門的觀察窗看不到，只能在開關停電檢修時檢查接頭有無過熱情況，對預防事故作用不大；觀察開關柜內伸縮絕緣套有否融化，各接頭有否發紅，如有該現象情況已很嚴重，必須馬上停電處理，不利計劃安排停電，存在弊端。

2、用紅外測溫儀對封閉式開關柜表面測溫：

該方法存可發現部分發熱安全隱患，在2010年象山巡維中心所轄迎峰度夏期間有8個四遙站主變變低開關柜表面溫度測試值為50℃-65℃，其他10KV出線柜表面溫度為40℃以下；值班員很難準確判定內部真正發熱情況，可通過多次跟蹤數據進行橫向、縱向比較發現發熱隱患，但投入人力很多，增加值班員的負擔，長期下來會影響其他生產工作。

3、通過異常音響發現設備過熱

當發熱到非常嚴重時，一定會異常聲音發出，此時可能已經形成發電打火現象，事故已經馬上來臨，現實意義不大，而且此法對于發現一般發熱效果不明顯，甚至有可能危及人身安全。

4、夜間巡視：

夜巡方法，可以通過肉眼觀察發現部分發熱發紅重大缺陷，但夜間巡視不可能在變電站長期使用，加之難以發現一般發熱問題，所以此法也有很大局限性。

四、針對10kV封閉式開關柜存在的發熱安全隱患，目前監控方法的局限性，提出解決措施：

1、10kV配電室安裝空調，降低設備運行環境溫度。

2010年在 110kV福永站、110kV帝堂站做試點在10kV配電室安裝空調，以下兩表是兩個站10kV配電室安裝空調前后測溫的對比，由數據可看出，安裝空調前后開關柜表面的溫度普遍降低十幾度，大大改善了發熱情況。

110kV福永站10kV開關柜測溫對比表

序號 設備 安裝空調前 負荷 安裝空調后 負荷

1 #1主變變低501開關柜柜面溫度 55℃ 2450A 36℃ 2500A

2 #2主變變低502A開關柜柜面溫度 49℃ 1300A 35℃ 1350A

3 #2主變變低502B開關柜柜面溫度 50℃ 1100A 35℃ 1150A

4 #3主變變低503開關柜柜面溫度 54℃ 2400A 35℃ 2350A

表一

110kV帝堂站10kV開關柜測溫對比表

序號 設備 安裝空調前 負荷 安裝空調后 負荷

1 #1主變變低501開關柜柜面溫度 60℃ 2400A 38℃ 2450A

2 #2主變變低502A開關柜柜面溫度 49℃ 1300A 35℃ 1350A

3 #2主變變低502B開關柜柜面溫度 50℃ 1100A 35℃ 1150A

4 #3主變變低503開關柜柜面溫度 59℃ 2400A 38℃ 2350A

表二

2、10kV封閉式開關柜大電流開關柜安裝散熱風扇。

在2011年5月20日，值班員對110kV鳳凰站10kV開關柜測溫時發現沒有安裝風機的501開關柜柜面溫度比安裝了風機的相同型號502A、502B、503開關柜明顯高出10℃左右，可見安裝風機明顯改善散熱效果，目前象山巡維中心只有少數的大電流開關柜沒安裝散熱風機。

110kV鳳凰站10kV開關柜測溫對比表（環境溫度：32℃）

序號 設備 柜面溫度 有無散熱風機 負荷

1 #1主變變低501開關柜 59.5℃ 無 2500A

2 #2主變變低502A開關柜 45℃ 有 1300A

3 #2主變變低502B開關柜 45℃ 有 1200A

4 #3主變變低503開關柜 50℃ 有 2500A

表三

3、10kV封閉式開關柜在滿足安全要求的前提下留活動觀測孔，通過活動觀測孔可用紅外測溫儀測量開關柜內的實際溫度。目前運行中大部分開關柜設計沒有活動觀測孔。

在2011年5月20日，值班員對110kV鳳凰站10kV開關柜測溫時#3主變變低503開關柜表面溫度63.1℃，從開關柜風機孔測到柜內126℃，經上報上級后緊急停電處理，停電后馬上打開503開關柜柜門測到最高溫度189℃。由于值班員的及時發現，消除了一起安全隱患。同時也可看出從風機口測出的溫度與開關柜內的實際最高溫度相差很大，如在開關柜正前后面有可活動觀測孔，值班員可更早發現發熱情況，避免緊急停電處理。

503開關柜柜面溫度

從風機孔測溫值

停電后打開柜門測到最高值

4、在封閉式開關柜內加裝溫度檢測儀，提高對開關柜溫度監視準度。目前深圳供電局220kV固戍站、110kV福源站已經安裝了溫度檢測儀：在線測溫裝置在分別在隔離小車六個觸頭盒里加裝了熱電阻組成的熱檢測器，此熱檢測器由加裝在導電臂上方的感應電源CT供電，并通過光電（紅外光）方式，把熱檢測感應的信號傳遞到外部控制單元。

目前此產品不太成熟，數據的準確性難以驗證，監測的數據未能上傳遠方，也沒信號告警，運行的開關柜技改存在困難，建議在設計時考慮在線測溫與留活動觀測孔的形式。

5、使用局放儀對10kV封閉式開關柜進行局放測試，用局放儀進行局放測試可發現開關柜內局部放電的安全隱患。僅在2011年前5個月就用局放儀發現220kV象山站532C相斷路器、532A相CT、1C1B相斷路器、220kV龍塘501ACT柜、501BCT柜各有A、B、C 3相CT、110kV松北站501柜C相CT、110kV沙河站503A柜 C相斷路器、532CT柜的A、B相CT、220kV東湖站F13柜的C相CT存在異常局放信號，經過停電檢修或更換后恢復正常，消除了安全隱患。

6、其他措施：開關柜內設備定期試驗、檢查維護，及時更換損害的零部件；改善電網結構，避免開關柜長期滿載運行；把好招標與驗收關，避免不合格設備接入電網。

五、結論

10kV封閉式開關柜安裝散熱風扇、10kV配電室安裝空調，降低環境溫度，可減輕10kV開關柜內發熱程度，是最直接有效的預防10kV開關柜因發熱導致接地短路事故的手段；通過紅外測溫，特別是通過活動觀測孔對開關柜內直接測溫可及時發現開關柜內發熱情況，利用科學手段在封閉式開關柜內安裝溫度檢測儀既可測溫又可減輕值班員的負擔，是未來發展的方向；利用先進儀器局放儀可發現開關柜內局部放電情況；10kV封閉式開關柜內設備定期保養能及時消除隱患； 一系列的措施執行到位，杜絕10kV封閉式開關柜事故不是空談。

展望：

1、加速電網建設，改善電網結構，使10kV開關柜不至滿載、過載運行；

2、對于舊的10kV開關柜進行技改，增加探測窗和加裝溫度感應器；

3、新設備選型時，10kV開關柜應考慮具有內部溫度感應裝置的10kV開關柜和留活動觀測孔方便紅外測溫；

4、提高設備的安裝、連接工藝，把好電氣設備驗收進網關。

致謝

深圳供電局變電管理二所高級技師詹金特、周永盛，深圳供電局試驗中心陳正強班長對本文的修改（或其他）提供了寶貴意見，謹此致謝。

參考文獻：

1、1998年廣西電力工業局培訓教材委員會編的《電氣設備及其運行（一次部分）》，中國水利水電出版社。

2、中華人民共和國國家發展和改革委員會2008-11-01發布的《DLT 664-2008 帶電設備紅外診斷應用規范》，中國電力出版社。

3、《固戍站5011隔離手車柜在線測溫裝置驗收意見》

注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。