高壓開關(guān)柜發(fā)熱和放電原因分析和改進(jìn)措施

鑒曙光

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司能源動(dòng)力廠，山東萊蕪 271104）

0 引言

萊鋼能源動(dòng)力廠老區(qū)2#35 kV 變電站于2004 年投入使用，近幾年，站內(nèi)變壓器低壓側(cè)6 kV 進(jìn)線開關(guān)柜在實(shí)際運(yùn)行中故障頻發(fā)，嚴(yán)重制約電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 現(xiàn)狀調(diào)查

（1）動(dòng)力廠統(tǒng)計(jì)2018 年6 kV 進(jìn)線斷路器觸頭運(yùn)行溫度和對應(yīng)時(shí)間，熱缺陷75 ℃以上運(yùn)行94 天，嚴(yán)重?zé)崛毕?0 ℃以上運(yùn)行26 d，最高運(yùn)行溫度達(dá)到92 ℃。

（2）動(dòng)力廠應(yīng)用局放檢測儀等手段對6 kV 進(jìn)線開關(guān)柜進(jìn)行局放檢測，測試結(jié)果如圖1 所示。開關(guān)柜柜內(nèi)放電明顯，根據(jù)相位圖可以看到有一簇明顯的幅值較大的放電信號。

圖1 改進(jìn)前開關(guān)柜局放檢測結(jié)果

2 原因分析

（1）變壓器低壓側(cè)6 kV 進(jìn)線斷路器額定容量小，近幾年，隨著廠內(nèi)新建環(huán)保設(shè)備不斷投產(chǎn)，6 kV 用電負(fù)荷增大。由于變壓器低壓側(cè)斷路器一直未擴(kuò)容改造，當(dāng)用電負(fù)荷超過20 MW時(shí)，斷路器觸頭出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象。

（2）斷路器觸頭松動(dòng)，高壓開關(guān)柜采用小車式斷路器，斷路器的梅花動(dòng)觸頭插入靜觸頭時(shí)，觸頭的外圓柱面與眾多觸指的內(nèi)圓弧面接觸不吻合，導(dǎo)致接觸面積很小，接觸電阻明顯增加，造成觸頭發(fā)熱。

（3）穿柜套管內(nèi)電場分布不均，值班人員夜班點(diǎn)檢時(shí)，發(fā)現(xiàn)變壓器低壓側(cè)6 kV 進(jìn)線開關(guān)柜體上部有放電異聲并伴隨放電火花。經(jīng)停電檢查發(fā)現(xiàn)，穿柜套管內(nèi)屏蔽線已斷裂，而且銅排與套管內(nèi)腔無法緊密接觸，存在2 mm 左右的空氣間隙，此處空氣間隙被擊穿，產(chǎn)生強(qiáng)烈的局部放電。

（4）高壓開關(guān)柜內(nèi)潮濕，6 kV 配電室旁邊為循環(huán)水泵房，檢測發(fā)現(xiàn)配電室環(huán)境溫度25 ℃時(shí)開關(guān)柜內(nèi)濕度達(dá)到64.3%RH，大于開關(guān)柜內(nèi)濕度標(biāo)準(zhǔn)（≤50%RH）。濕度增加使空氣絕緣下降，也使設(shè)備絕緣電阻的阻值下降，當(dāng)泄漏電流增大到一定程度時(shí)，就會(huì)發(fā)生高壓開關(guān)柜閃絡(luò)放電現(xiàn)象。

3 改進(jìn)措施

3.1 降低斷路器運(yùn)行溫度

（1）結(jié)合6 kV 系統(tǒng)電氣清掃，對進(jìn)線斷路器進(jìn)行擴(kuò)容升級。首先更換主母排上的斷路器靜觸頭，其次將額定電流2500 A 的斷路器升級為4000 A。確保高負(fù)荷運(yùn)行情況下6 kV 進(jìn)線斷路器的運(yùn)行溫度在正常范圍，也提高了斷路器的熱穩(wěn)定性能。

（2）改進(jìn)斷路器觸頭結(jié)構(gòu)，如圖2 所示，在接觸部位增加另外一種接觸方式，以保證在彈簧觸指失效情況下仍能有效接觸，即在目前移動(dòng)式開關(guān)柜動(dòng)靜觸頭梅花式觸指中心處加裝輔助觸指，將手車搖入開關(guān)柜時(shí)，可以引導(dǎo)動(dòng)靜觸頭快速準(zhǔn)確地投切到位。運(yùn)行時(shí)可以增加有效接觸面，防止動(dòng)觸頭觸指彈簧斷裂，導(dǎo)致動(dòng)靜觸頭失去有效接觸或有效接觸面積不夠，導(dǎo)致發(fā)熱。

圖2 斷路器觸頭結(jié)構(gòu)

3.2 消除開關(guān)柜內(nèi)放電

（1）在開關(guān)柜母排上加裝熱縮管，提高母排的防腐蝕作用和絕緣性能，如圖3 所示。連接穿墻套管屏蔽線，將屏蔽引出線安裝固定在一次銅排上，這樣銅排和屏蔽圈就處在等電位。調(diào)整套管內(nèi)部母排位置，使其盡量居中，消除了放電影響。

（2）在開關(guān)柜內(nèi)加裝自動(dòng)除濕裝置，如圖4 所示，工作模式全自動(dòng)控制，當(dāng)濕度高于50%RH 時(shí)抽濕器自動(dòng)投入工作，濕度低于40%RH 時(shí)自動(dòng)停止抽濕。除濕裝置將開關(guān)柜內(nèi)的潮濕空氣，抽到抽濕器的凝露室，進(jìn)行氣、水分離，使柜內(nèi)空氣流動(dòng)，以達(dá)到開關(guān)柜內(nèi)部空氣干燥的效果，避免絕緣下降造成的放電現(xiàn)象。

圖3 母排上加裝熱縮管

4 效果驗(yàn)證

圖4 開關(guān)柜內(nèi)自動(dòng)除濕裝置

（1）通過對變壓器低壓側(cè)6 kV 斷路器進(jìn)行擴(kuò)容改造，將動(dòng)靜觸頭單面接觸的方式改變?yōu)閮?nèi)外互相接觸的方式，實(shí)現(xiàn)動(dòng)靜觸頭的全方位多點(diǎn)接觸。改善了斷路器在運(yùn)行過程中的通流能力、熱穩(wěn)定能力，斷路器溫度降低到70 ℃，消除了設(shè)備熱隱患，提高系統(tǒng)抗風(fēng)險(xiǎn)能力。

（2）通過對開關(guān)柜穿柜套管加裝屏蔽線，調(diào)整母排和套管內(nèi)壁間距，改善了套管內(nèi)部電場分布，有效提高空氣間隙的擊穿電壓，避免放電現(xiàn)象。改善后測試圖譜沒有明顯相位特征，幅值無異常，沒有放電波形，無明顯放電特征（圖5）。

圖5 改進(jìn)后開關(guān)柜局放檢測結(jié)果