封閉式高壓柜內(nèi)接頭發(fā)熱事故的分析及預(yù)防

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　　摘要：通過對封閉式高壓柜的運(yùn)行現(xiàn)狀與接頭發(fā)熱事故的分析，指出了造成此類事故的主要原因，并對預(yù)防此類事故的方法進(jìn)行了初步的研究、分析，最后指出了可行、實(shí)用的高壓柜內(nèi)接頭溫度實(shí)時(shí)監(jiān)視方法。該方法在電網(wǎng)中的推廣應(yīng)用具有一定的意義。

　　關(guān)鍵詞：封閉式高壓柜 接頭發(fā)熱 事故分析 實(shí)時(shí)監(jiān)測

　　運(yùn)行中的電力設(shè)備經(jīng)常發(fā)生接頭發(fā)熱現(xiàn)象，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理就會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。近幾年電力生產(chǎn)中廣泛運(yùn)用各種先進(jìn)的溫度測試設(shè)備，如：紅外熱成像儀、紅外線點(diǎn)溫儀等，取得了很好的效果，電力設(shè)備接頭的溫度得到了有效監(jiān)視，接頭發(fā)熱事故大大減少。封閉式高壓柜在運(yùn)行中不能打開，因此無法測量運(yùn)行中柜內(nèi)接頭的實(shí)際溫度。密封式開關(guān)柜內(nèi)接頭發(fā)熱事故在近幾年有增長的趨勢，已經(jīng)成為嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)的難題。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)接頭發(fā)熱事故主要發(fā)生在負(fù)荷較重的10kV小車式封閉開關(guān)柜內(nèi)，下面以10kV小車式封閉開關(guān)柜為對象對此類事故進(jìn)行分析。?

　　1、10 kV封閉式開關(guān)柜概況?

　　1.1 10 kV封閉式開關(guān)柜的應(yīng)用概況?

　　封閉式高壓開關(guān)柜以其安全可靠、結(jié)構(gòu)緊湊、占地省、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，在開閉站、小區(qū)配電室、變電站內(nèi)廣泛使用。在北京供電局變電管理處所屬的變電站內(nèi)目前登記在冊的10kV密封式高壓開關(guān)柜共有2311臺(tái)，分布在北京地區(qū)51座變電站內(nèi)。其中運(yùn)行時(shí)間最長的是右安門變電站的固定式開關(guān)柜，1955年出廠，由華通開關(guān)廠生產(chǎn)；最新投產(chǎn)的是西大望變電站型號為ZS1的小車式開關(guān)柜，由廈門ABB開關(guān)廠生產(chǎn)。目前使用中的10kV開關(guān)柜主要存在設(shè)備型號多樣、質(zhì)量參差不齊、備品備件不全、部分設(shè)備嚴(yán)重老化等問題。

　　1.2 封閉式開關(guān)柜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)?

　　封閉式高壓開關(guān)柜的一次設(shè)備分布在3個(gè)相互獨(dú)立的隔室內(nèi)，分別是開關(guān)室、母線室、出線室。按有關(guān)的規(guī)程要求，除實(shí)現(xiàn)電氣連接、控制、通風(fēng)而必須在隔板上開孔外，所有隔室呈封閉狀態(tài)。在開關(guān)室內(nèi)的主開關(guān)上一般有6個(gè)主插頭，有18個(gè)流過負(fù)荷電流的連接點(diǎn)；在出線室有連接出線電纜的3個(gè)主接頭與連接旁路刀閘的十幾個(gè)接點(diǎn)。以上所說連接點(diǎn)直接流過負(fù)荷電流，當(dāng)負(fù)荷較大時(shí)存在隱患的連接點(diǎn)就會(huì)發(fā)熱。由于發(fā)熱點(diǎn)在密封柜內(nèi)，運(yùn)行中的柜門禁止打開，值班人員無法通過正常的監(jiān)視手段發(fā)現(xiàn)發(fā)熱缺陷。發(fā)熱嚴(yán)重時(shí)接頭會(huì)變紅甚至熔斷，直接造成生產(chǎn)事故。?

　　1.3 封閉式高壓開關(guān)柜接頭事故統(tǒng)計(jì)?

　　封閉式高壓柜內(nèi)接頭發(fā)熱事故在近幾年屢有發(fā)生。10kV開關(guān)直接承擔(dān)用戶負(fù)荷，其中不少是重要負(fù)荷，如果發(fā)生突然停電事故，不但會(huì)造成不良的社會(huì)影響，而且給供電部門造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。

　　2、事故原因分析?

　　事故分析發(fā)現(xiàn)，發(fā)生事故的原因主要有：檢修試驗(yàn)人員工作失誤，設(shè)備安裝連接工藝不當(dāng)，負(fù)荷變化，設(shè)備老化變形等。?

　　2.1 檢修試驗(yàn)人員工作失誤?

　　檢修人員進(jìn)行開關(guān)檢修或試驗(yàn)時(shí)必須拆開部分連接點(diǎn)，工作結(jié)束時(shí)再恢復(fù)原樣。由于工作人員失誤，本來應(yīng)該安裝4根緊固螺栓的接頭，只裝了3根甚至只裝了1根。線路負(fù)荷較小時(shí)這樣的隱患不會(huì)被立即發(fā)現(xiàn)，當(dāng)負(fù)荷突增時(shí)該接頭就會(huì)過熱。這樣的情況一般出現(xiàn)在電流互感器的連接點(diǎn)。事故的主要原因是檢修人員的工作態(tài)度與責(zé)任心的問題，此類事故主要發(fā)生在1997年以前，近幾年隨著檢修工作責(zé)任制的推行，此類現(xiàn)象已經(jīng)大大減少。?

　　2.2 設(shè)備的安裝、連接工藝不當(dāng)?

　　設(shè)備的安裝工藝不當(dāng)主要是施工質(zhì)量問題，封閉式高壓柜內(nèi)小車式開關(guān)插嘴的位置與固定的插頭位置如有偏差，開關(guān)推入后插頭部分就可能接觸不實(shí)，造成發(fā)熱。這是施工安裝時(shí)的問題，需要運(yùn)行人員在設(shè)備驗(yàn)收時(shí)把好關(guān)。另一個(gè)連接工藝問題出在出線電纜與開關(guān)引出線的連接處。10kV連接開關(guān)的引線一般使用40mm寬鋁排，旁路刀閘一般安裝在鋁排上，出線電纜也在這一位置。10kV電纜較粗，通常只使用1根螺栓來連接運(yùn)行與備用2條電纜，連接的受力面較小，電流通過的有效截面減小，于是造成發(fā)熱。?

　　2.3 負(fù)荷突變的影響?

　　電力負(fù)荷的變化會(huì)影響設(shè)備的溫度，正常的負(fù)荷變化引起的溫度升高不會(huì)超過規(guī)定的75℃。如果負(fù)荷增加的較多時(shí)（如比平時(shí)增加了1倍或幾倍），或者線路受到短路電流沖擊后，設(shè)備的薄弱環(huán)節(jié)就會(huì)發(fā)熱，發(fā)熱后連接點(diǎn)的材料會(huì)發(fā)生變形、氧化等物理或化學(xué)變化。發(fā)熱后如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，再次受負(fù)荷沖擊后，又會(huì)過熱，經(jīng)過多次反復(fù)的惡性循環(huán)，接頭的連接狀況越來越差，最后直至造成接頭熔斷事故。?

　　2.4 設(shè)備變形老化?

　　隨著電網(wǎng)改造的進(jìn)一步深入，新材料、新工藝、新設(shè)備大量在電網(wǎng)中推廣應(yīng)用，設(shè)備的健康水平也有了明顯提高，但是仍有很多老舊設(shè)備還在運(yùn)行。北京供電局變電管理處所屬變電站的高壓開關(guān)柜在1980年之前出廠的還有121臺(tái)仍在使用中，出廠日期在1980～1990年的有368臺(tái)在使用中。因此設(shè)備的質(zhì)量與新舊程度參差不齊，也是發(fā)生問題的重要原因，老舊設(shè)備接頭發(fā)熱發(fā)生的幾率普遍較高。?

　　3、預(yù)防接頭發(fā)熱事故的措施及方法?

　　密封高壓開關(guān)柜內(nèi)的接頭發(fā)熱是生產(chǎn)中的難題，通過采取各種措施，如：實(shí)行檢修人員責(zé)任制，更新老舊設(shè)備，改進(jìn)接頭的連接、安裝工藝等，可以大大減少接頭發(fā)熱事故，但是從目前的設(shè)備狀況看要想完全避免接頭發(fā)熱事故也是不現(xiàn)實(shí)的。于是希望通過監(jiān)視的方法，提前發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備接頭發(fā)熱的跡象，以便采取措施，防止出現(xiàn)惡性事故。這方面的工作我們一直在研究、探討。?

　　3.1 目前經(jīng)常使用的柜內(nèi)接頭溫度監(jiān)視方法?

　　現(xiàn)在經(jīng)常使用的柜內(nèi)接頭發(fā)熱監(jiān)視方法主要有：在接頭粘貼測溫蠟片；手摸柜門感知柜內(nèi)溫度；通過異常氣味發(fā)現(xiàn)設(shè)備過熱；通過異常音響發(fā)現(xiàn)設(shè)備過熱等。粘貼測溫蠟片是室外接頭常用的測溫法，用在封閉柜內(nèi)有很大局限性，大部分接頭通過柜門的觀察窗看不到，只能在開關(guān)停電檢修時(shí)檢查接頭有無過熱情況，對預(yù)防事故作用不大。手摸柜門的方法可大概判斷溫度有無異常，在變電管理處的左安門變電站曾通過此方法發(fā)現(xiàn)2起嚴(yán)重的接頭發(fā)熱故障，但是這種方法具有很大的隨意性與偶然性，而且由于個(gè)人感覺的差異，相同情況也會(huì)有不同判斷。當(dāng)有過熱的接頭時(shí)，一定會(huì)有異常氣味或者異常聲音，特別是連接電流互感器的接頭發(fā)熱時(shí)，可以發(fā)出強(qiáng)烈的異常氣味，工作人員可根據(jù)氣味的來源作出進(jìn)一步的判斷?？傊ㄟ^綜合應(yīng)用以上幾種方法可以大概判斷開關(guān)柜內(nèi)有無接頭發(fā)熱故障，但是不科學(xué)、不嚴(yán)謹(jǐn)，對無人值班的變電站、開閉站無實(shí)用價(jià)值。?

　　3.2 預(yù)防封閉柜內(nèi)接頭發(fā)熱事故的新方法?

　　如何通過科學(xué)的方法發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)的接頭發(fā)熱故障一直是我們研究的課題之一，我們在這方面進(jìn)行了多次試驗(yàn)與探討。?

　　最初試驗(yàn)選擇的是直接監(jiān)測法，在接頭上安裝溫度傳感器，將溫度信號集中處理，判斷接頭溫度是否超過允許值。其技術(shù)難點(diǎn)是溫度傳感器的安裝，溫度信號由傳感器到處理機(jī)的傳送。要求溫度傳感器直接安裝在10kV電壓的接頭上，其體積有嚴(yán)格限制，不能影響開關(guān)的絕緣與正常運(yùn)行。信號傳送使用有線方式是絕對不允許的，通過無線發(fā)射存在強(qiáng)電場磁場干擾與發(fā)射裝置電源不易解決的問題。這一方案最終沒有試驗(yàn)成功。?

　　隨后又進(jìn)行了間接監(jiān)測的研究與試驗(yàn)。主要方案是在接頭位置涂一種特種涂料，使其在規(guī)定溫度時(shí)發(fā)出特定氣體，在柜頂部安裝特定氣體的傳感器，當(dāng)氣體濃度達(dá)一定值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號。這一方法的技術(shù)難點(diǎn)之一是氣體的選擇，該氣體要求在空氣中含量少，不受被測物溫升后揮發(fā)氣體干擾，對此氣體檢測最好使用成熟的傳感器。難點(diǎn)之二是發(fā)出氣體的涂料的穩(wěn)定性，要保證在室溫中長期存放不揮發(fā)。選用氫氣與一氧化碳進(jìn)行了試驗(yàn)。由于受氣體濃度限制，要求傳感器靈敏度較高（帶來干擾信號太多的問題）。此方案雖然有所突破，但由于其成本太高，不易在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用而最終被否定。?

　　最后受手摸感知法的啟發(fā)，決定通過監(jiān)視開關(guān)柜內(nèi)空氣溫度的方法來判斷有無接頭發(fā)熱故障。總體方案是在每臺(tái)開關(guān)柜頂?shù)呐艢饪咨习惭b一個(gè)溫度傳感器，如果空氣溫度達(dá)到規(guī)定值即發(fā)出報(bào)警信號；或是柜內(nèi)空氣溫度與環(huán)境溫度差值到規(guī)定值時(shí)即報(bào)警。具體溫度報(bào)警定值要通過試驗(yàn)的方法確定。我們先將傳感器的溫度信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入計(jì)算機(jī)作記錄，然后將開關(guān)的負(fù)荷數(shù)據(jù)（變電站內(nèi)的監(jiān)控機(jī)實(shí)測信息）也存入同一臺(tái)計(jì)算機(jī)，通過對比分析，確定開關(guān)負(fù)荷與溫度的關(guān)系曲線，根據(jù)溫度曲線確定其報(bào)警溫度值。報(bào)警信號由計(jì)算機(jī)發(fā)出，直接送到控制室?？刂剖覂?nèi)的值班員也可以通過計(jì)算機(jī)隨時(shí)查詢開關(guān)柜內(nèi)的實(shí)時(shí)溫度值。對于無人值班變電站，可以將過熱信號作為一個(gè)遙測量通過RTU直接送到監(jiān)控中心。這一測溫方法溫度傳感器安裝方便簡單，運(yùn)行可靠，投入較小，技術(shù)成熟后可在變電站內(nèi)大量應(yīng)用。?

　　4、小結(jié)?

　　實(shí)時(shí)監(jiān)視開關(guān)柜內(nèi)接頭溫度從目前的生產(chǎn)形勢來看還是必要的?？偨Y(jié)以上分析看出，通過監(jiān)視柜內(nèi)空氣溫度來間接監(jiān)視柜內(nèi)接頭的運(yùn)行狀況是可行的，完全可以起到預(yù)防接頭事故的目的。?

　　參考文獻(xiàn)?

　?。?］戶內(nèi)高壓開關(guān)柜訂貨技術(shù)條件，DL404—91.中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。