變電站高壓閘刀發熱預控及處理探討

袁士超，羅軼，嚴勇，周海宏，張勇，朱艷偉

（國網浙江省電力公司寧波供電公司，浙江 寧波 315010）

高壓閘刀是電力系統中使用量最大、應用范圍最廣的高壓電器設備之一，由于其結構相對簡單，在日常的檢修和維護中常常不被重視，日積月累容易產生各種問題。其中，高壓閘刀發熱便是最突出的一類。2017 年寧波電網缺陷統計中，高壓閘刀發熱和高壓熔絲熔斷是出現頻次最高的兩類缺陷。閘刀的正常運行已成為電網運行最薄弱的環節之一，對電網的安全、經濟運行造成很大影響。因此，對高壓閘刀發熱問題的研究具有重要的現實意義。

本文從高壓閘刀發熱的危害、原因、預控及處理等多角度進行全方位分析和探討，為預防和解決高壓閘刀發熱問題提供可行的方法。(35kV 及以下高壓閘刀主要以開關柜的動靜觸頭形式出現，與開關柜一起都放置于室內，同GIS 設備類似，運行環境相對較好，一般不會出現發熱情況，因而本文研究的高壓閘刀默認為110kV 及以上的室外高壓閘刀)。

1 高壓閘刀發熱原因

1.1 根本原因

高壓閘刀發熱的根本原因是電流的熱效應。運動著的電子與導體內的分子發生摩擦和碰撞時，導體內的分子在碰撞的過程中獲得能量，也使分子運動加快，這時電能轉變為熱能。電流流過金屬導體時，導體會發熱，這種現象稱為電流的熱效應。根據焦耳定律，在通電時間t 秒內，總的發熱量為 ：Q=I2Rt 焦耳。

可見導體的發熱情況與電流的平方成正比，導體的電阻成正比，與導體的截面積成正比(由于電阻值跟導體的截面積成正比)，同時也和電流持續時間的長短、導體的形狀、散熱環境等因素有關。

1.2 日常原因

（1）運行模式。導電回路產生熱量是正常現象，高壓閘刀在工作電流超過額定電流70%就會造成過熱現象。若是異常天氣或事故情況下，運行方式變化導致某閘刀通過過大電流，根據發熱量與電流平方成正比，該閘刀對應發熱情況也會相應增加（圖1、2）。

（2）環境因素。室外高壓閘刀工作環境復雜，設備電流回路連接點(閘刀觸頭)等位置經常受到風吹、雨淋、雪融、暴曬、冰凍等自然天氣變化造成的侵蝕，經過長期運行后，這些接頭很容易發生氧化、腐蝕，形成氧化膜，導致連接處接觸電阻增大，接觸不良。該現象如果不能及時發現和處理，接頭的氧化程度將進一步惡化，造成變電站設備局部溫度驟然上升，引起變電站運行設備發熱。

圖1 閘刀通過大電流引起發熱

圖2 閘刀出線接頭長期侵蝕后發熱

（3）操作因素。在高壓閘刀實際操作過程中，用力不當或者是調試不當，都會造成變電站高壓閘刀的合閘不到位，觸頭的壓力不足，造成接觸不良，引起觸頭過熱（圖3、4）。

圖3 閘刀刀口操作不到位導致發熱

圖4 閘刀觸頭、觸指無法緊密咬合導致發熱

（4）設備因素。設備本身在制造上存在問題，質量未過關，高壓閘刀觸頭的彈簧長時間運行，失去了彈性，壓力明顯降低，造成導電臂和觸頭之間接觸不良，電阻增加，引起發熱。

（5）安裝因素。在對閘刀進行安裝與調試的過程中，由于相關技術人員的專業技術等問題導致安裝時接頭的連接不緊密，使得閘刀與觸頭之間電阻增大，更容易發熱出現氧化（圖5）。

圖5 閘刀接頭安裝不緊密導致接線板發熱

2 高壓閘刀發熱影響

2.1 直接影響

（1）導致材料的劣化。發熱溫度超過設備所能夠承受的熱量時，其設備材料就會發生劣化現象，金屬過熱融化，有機絕緣材料脆化，絕緣性能下降。

（2）引發火災事故。當電力設備溫升過高，擊穿絕緣引發短路事故，短路的熱效應可引起燃燒，進而引發火災，甚至會導致爆炸，對電網運行和人員安全造成極大威脅。

（3）損耗增加。導體發熱會增大電阻，使電能的損耗進一步增大造成惡性循環，最終損壞設備。

2.2 間接影響

（1）高壓閘刀發熱后，為緩解發熱情況，需對發熱閘刀所通過電流進行調整，影響負荷、功率的正常輸送模式和經濟運行方式，負荷轉移手段有限則會導致部分負荷被迫控制。

（2）處理高壓閘刀發熱的缺陷，增加了變電站非計劃倒閘操作次數，增加了操作風險，對電網的安全可靠運行造成影響。

3 高壓閘刀發熱處理

高壓閘刀發熱的處理思路主要有三種：第一，負荷轉移或調整，緩解發熱情況。第二，利用其它設備替代該發熱設備運行，如旁路閘刀或正副母閘刀。第三，情況緊急，快速負荷轉移后或直接拉停發熱高壓閘刀所在間隔。

如按是否需要立即隔離為區分標準,高壓閘刀發熱處理分為發熱情況較輕，發熱情況較重兩種。

3.1 發熱情況較輕，無需立即隔離

（1）轉移該閘刀流過負荷電流，高壓閘刀發熱情況得到緩解，具備長期運行的條件。

（2）有旁路開關的，用旁路開關旁代高壓閘刀所在間隔。

（3）雙母接線方式下母線高壓閘刀發熱，通過倒排改變閘刀運行方式。

（4）發熱高壓閘刀流過電流可通過電廠出力調整，調節電廠出力。

3.2 發熱情況嚴重，需立即隔離

（1）本級環網運行，可直接拉停高壓閘刀所在間隔開關。如圖6 所示，A1 間隔線路閘刀發熱嚴重，A、B 兩線環網運行，則直接拉停A1 間隔。

圖6 發熱情況較重案例1

圖7 發熱情況較重案例2

（2）間隔拉停后負荷可通過安自裝置自動調整或負荷損失影響較小，可直接拉停高壓閘刀所在間隔開關。如圖7所示，C 站內橋接線方式，線路備自投投入狀態，A1 間隔線路閘刀發熱嚴重，則直接拉停A1 間隔，C 站通過備自投切換至B 線供電。

（3）間隔拉停后造成負荷較大損失，可通過遙控方式轉移全部或部分負荷后立即拉停高壓閘刀所在間隔開關。

4 高壓閘刀發熱預控

4.1 投入運行前

（1）把好新設備交接試驗關，對新設備出廠質量進行嚴格的把關，這樣才能在最后產出時選出質量過關的產品，其中設備的選擇上要嚴格按照國家的相關標準執行。

（2）對于新投運變電站應選用可靠性高、技術先進的設備。安裝時應注意安裝工藝，對戶外閘刀的引線連接應采用銅鋁設備線夾連接，大電流回路應使用銅鋁過渡板。銅鋁線夾或銅鋁過渡板均應對銅質部分搪錫，以提高接觸效果，降低接觸電阻。

4.2 投入運行后

（1）加強巡視。變電站值班員每天應巡視隔離開關,尤其要巡視通流導體有無發熱，同時應根據當時環境溫度及工作電流判斷發熱是否正常,也可以在閘刀通流部位貼示溫片，觀察有無熱融。

（2）正確操作閘刀。在操作閘刀時，不得用力過度，密切注視閘刀傳動部件的運動情況。合閘時，動靜觸頭剛接觸時應迅速果斷地將閘刀合上；分閘時，在動靜觸頭剛離開時，也應迅速拉開，盡量減少燃弧時間，以減少動靜觸頭的電弧燒損。

（3）提高檢修工藝質量。在設備的日常防護維修中做好工作，盡最大可能的減緩設備的氧化，利用計劃停電，春、秋季檢修機會在結合部位采用涂抹復合脂的方法，防止其氧化。在設備的接頭部分要保證螺絲的穩固性能良好，這對于整體設備都有著顯著的保護作用。

（4）更新改造老舊的閘刀。逐步淘汰一些運行多年、結構不合理的老型號閘刀，徹底解決導電回路過熱的缺陷。

5 結語

高壓閘刀異常發熱既有設備本身的原因，也有檢修安裝施工等方面的原因，一旦出現異常發熱，損耗增加，并直接影響到設備的安全運行，嚴重時會出現絕緣擊穿，引起火災。同時，在處理高壓閘刀發熱時，輕則轉移負荷，重則拉停設備導致負荷損失，間接影響非常嚴重。本文從高壓閘刀發熱的危害、原因、處理等多角度進行分析和探討，并在最后從投入運行前、投入運行后兩方面，對高壓閘刀的發熱問題提出了預控措施，為該問題的標本兼治提供了可行方案。