基于10kv開(kāi)關(guān)柜發(fā)熱故障的研究與分析

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1、基于10kV開(kāi)關(guān)柜發(fā)熱故障的研究與分析　　摘要：本文針對(duì)一起10kV開(kāi)關(guān)柜在運(yùn)行中發(fā)熱故障的問(wèn)題，結(jié)合小車(chē)開(kāi)關(guān)柜的結(jié)構(gòu)對(duì)其發(fā)熱根源進(jìn)行分析，并對(duì)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)導(dǎo)體電阻發(fā)熱和渦流損耗提出相應(yīng)的控制措施，隨后通過(guò)對(duì)10kV開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行實(shí)測(cè)電流、溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行建模分析，推導(dǎo)出10kV開(kāi)關(guān)柜外測(cè)溫度與內(nèi)測(cè)溫度的相關(guān)性，對(duì)預(yù)防及分析處理同類(lèi)型開(kāi)關(guān)柜發(fā)熱故障起到了一定的指導(dǎo)意義，有利于保證電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行?！　￡P(guān)鍵詞：10kV開(kāi)關(guān)柜；發(fā)熱故障；電阻發(fā)熱；渦流損耗；電力系統(tǒng)　　中圖分類(lèi)號(hào)：TM591文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A　

2、　1.10kV開(kāi)關(guān)柜發(fā)熱事件概述　　2015年4月以來(lái)，珠海電網(wǎng)220kV斗門(mén)變電站10kV負(fù)荷增長(zhǎng)迅猛，其中主變變低502斷路器負(fù)荷電流長(zhǎng)期保持了2700A以上，導(dǎo)致502斷路器持續(xù)高溫告警，嚴(yán)重影響電網(wǎng)設(shè)備的安全運(yùn)行。其后經(jīng)遷移改造，502斷路器負(fù)荷得到了分流，當(dāng)斷路器負(fù)荷電流到達(dá)2350A時(shí)，502斷路器觸頭溫度保持在78℃～80℃；而當(dāng)斷路器負(fù)荷電流到達(dá)2450A時(shí)，502斷路器觸頭溫度則上升至86℃～88℃，超過(guò)斷路器正常運(yùn)行的溫度告警值85℃，有可能導(dǎo)致502開(kāi)關(guān)柜柜體發(fā)生爆炸，嚴(yán)重

3、影響10kV開(kāi)關(guān)柜的安全運(yùn)行。本文通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)柜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，尋找發(fā)熱故障的根源并通過(guò)實(shí)測(cè)的溫度數(shù)據(jù)對(duì)此進(jìn)行驗(yàn)證。　　2.故障開(kāi)關(guān)柜基本情況7　　220kV斗門(mén)變電站主變變低502開(kāi)關(guān)柜整體投產(chǎn)于2002年4月，其中502斷路器生產(chǎn)廠家為常州森源電氣，型號(hào)為VS1（ZN63A），斷路器最大額定電流為3150A，上下觸頭處為鍍銀結(jié)構(gòu)。開(kāi)關(guān)柜柜體生產(chǎn)廠家為珠海廣達(dá)電器設(shè)備有限公司，開(kāi)關(guān)柜采用中置式結(jié)構(gòu)，柜體采用鍍鋁鋅鋼板加工連接而成，柜體防護(hù)等級(jí)為IP4X，主要由外殼、隔室、隔板、活門(mén)等幾大部分組成

4、。隔室分為母線室、斷路器室、電纜室、繼電儀表室，其斷路器室位于柜體中部，如圖1所示?！　∑渲蠥是母線室，B是斷路器室，C是電纜室，D是繼電儀表室，各個(gè)隔室間的隔板及柜體的面板所留的縫隙≤1mm，在運(yùn)行過(guò)程中不利于開(kāi)關(guān)柜內(nèi)空氣對(duì)流，容易引起開(kāi)關(guān)柜體內(nèi)溫度積聚升高。　　3.故障分析及應(yīng)對(duì)措施　　通過(guò)對(duì)小車(chē)開(kāi)關(guān)柜體結(jié)構(gòu)的分析，結(jié)合以往的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，本文認(rèn)為引起小車(chē)開(kāi)關(guān)柜體發(fā)熱的原因主要為電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的電阻損耗發(fā)熱及開(kāi)關(guān)柜內(nèi)鐵磁體產(chǎn)生的渦流損耗導(dǎo)致的發(fā)熱。　　3.1電阻損耗發(fā)熱　　3.1.1銅排導(dǎo)體

5、發(fā)熱　　銅排導(dǎo)體發(fā)熱主要指母線排發(fā)熱，由于導(dǎo)體發(fā)熱量與電流的平方成正比，故當(dāng)母排長(zhǎng)期通過(guò)較高的負(fù)荷電流時(shí)，開(kāi)關(guān)柜發(fā)熱愈發(fā)明顯，同時(shí)由于目前生產(chǎn)制造的母排中含有一定的雜質(zhì)，使得其電阻率偏高，增加了發(fā)熱效應(yīng)，在負(fù)荷電流上升到2350A，開(kāi)關(guān)柜溫度有一定的躍升。7　　針對(duì)在特定的時(shí)間、空間內(nèi)，導(dǎo)體的發(fā)熱量與輻射量相對(duì)平衡，在設(shè)計(jì)安裝母排或連接導(dǎo)體時(shí)，可以考慮將母排或連接導(dǎo)體的面積留有一定的裕度，減少溫度升高的可能。如通過(guò)增大母排的寬度來(lái)增大了鋁排的載流量和散熱效果。文獻(xiàn)[2]中提到黑色物質(zhì)的吸熱性能和

6、熱輻射能力是最強(qiáng)的，可以考慮將開(kāi)關(guān)柜體內(nèi)母線室、電纜室及斷路器室的隔板噴涂成黑色來(lái)增強(qiáng)熱量的吸收和散發(fā)?！　?.1.2電氣設(shè)備連接點(diǎn)發(fā)熱　　開(kāi)關(guān)柜體內(nèi)電氣設(shè)備連接點(diǎn)發(fā)熱效應(yīng)，主要包括連接螺栓的發(fā)熱效應(yīng)和柜內(nèi)電流互感器發(fā)熱效應(yīng)。由于鋁質(zhì)母線排，彈性系數(shù)小，在電氣設(shè)備連接點(diǎn)上擰連接螺栓時(shí)，若螺母的壓力達(dá)到某個(gè)臨界壓力值再繼續(xù)增加不當(dāng)?shù)膲毫?，將?huì)造成接觸面部分變形隆起，降低接觸面積，使接觸電阻增大，從而影響導(dǎo)體接觸效果。　　柜內(nèi)電流互感器發(fā)熱主要由全密封環(huán)氧樹(shù)脂澆注式結(jié)構(gòu)CT引起，由于其一次繞組及鐵芯

7、散熱效果較差，相當(dāng)于在大電流回路中增加了兩個(gè)連接接頭發(fā)熱源，導(dǎo)致CT發(fā)熱問(wèn)題嚴(yán)重。針對(duì)這種結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)柜，可考慮穿心式電流互感器，通過(guò)減少連接點(diǎn)，降低內(nèi)部發(fā)熱。　　3.1.3斷路器觸頭發(fā)熱　　斷路器觸頭發(fā)熱主要由以下3方面構(gòu)成：一是動(dòng)靜觸頭經(jīng)歷長(zhǎng)期運(yùn)行后其接觸面的鍍銀層逐步脫落并形成相應(yīng)的氧化膜，嚴(yán)重影響了斷路器觸頭的導(dǎo)電性能，造成觸頭接觸不良引起過(guò)熱。二是經(jīng)歷長(zhǎng)期運(yùn)行，灰塵經(jīng)開(kāi)關(guān)柜縫隙或接觸面逐步進(jìn)入到斷路器觸頭部位，在斷路器觸頭面上形成一層臟污面，降低了斷路器的接觸性，引發(fā)發(fā)熱效應(yīng)；三是在開(kāi)關(guān)

8、柜運(yùn)行中斷路器動(dòng)靜觸頭間沒(méi)有完全接觸，兩者間存在放電空隙，在大電流運(yùn)行條件下發(fā)生局部放電現(xiàn)象，導(dǎo)致溫度急劇升高，甚至造成開(kāi)關(guān)器件損壞。7　　前兩種發(fā)熱故障可在開(kāi)關(guān)停電時(shí)對(duì)觸頭進(jìn)行更換或清灰處理，觸頭未完全接觸引起的發(fā)熱故障則需要在開(kāi)關(guān)運(yùn)行過(guò)程中定期進(jìn)行局放監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)采取控制措施?！　?.2渦流損耗發(fā)熱　　3.2.1渦流損耗原理　　10kV開(kāi)關(guān)柜柜體、隔室間的隔板及固定金屬擋板等磁導(dǎo)率高的零部件在交變磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的損耗稱(chēng)為鐵損，在開(kāi)關(guān)柜中主要變現(xiàn)為渦流損耗?！　￠_(kāi)關(guān)柜在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的發(fā)熱效應(yīng)中