淺談如何防止10kV封閉式開關(guān)柜因發(fā)熱引發(fā)的事故

許兆輝

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

關(guān)鍵詞：封閉式開關(guān)柜發(fā)熱測溫溫度

前言：深圳供電局西部電網(wǎng)發(fā)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(fā)開關(guān)柜內(nèi)部發(fā)熱，由于封閉式開關(guān)柜內(nèi)的實際溫度目前無法準(zhǔn)確判斷，導(dǎo)致大電流開關(guān)柜嚴(yán)重發(fā)熱而引發(fā)的接地短路事故時有發(fā)生，從而影響供電可靠性，不利經(jīng)濟發(fā)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(guān)柜內(nèi)部發(fā)熱問題現(xiàn)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(guān)柜全部采用封閉式開關(guān)柜，開關(guān)柜發(fā)熱主要集中在主變變低及其隔離開關(guān)柜。如下圖：

2、發(fā)熱原因：

2.1電網(wǎng)結(jié)構(gòu)跟不上電網(wǎng)發(fā)展的速度，負(fù)荷重，設(shè)備長期滿載影響，隨著夏天的逐漸到來，氣溫升高，用戶負(fù)荷逐漸加重。10kV 501CT、503CT的實測負(fù)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(fù)荷率已經(jīng)達(dá)到90.9%-96.4%，加上10kV高壓室沒有安裝空調(diào)，室內(nèi)溫度長期在30-40℃，使開關(guān)柜體散熱不良；

2.2：部分舊開關(guān)柜沒安裝散熱風(fēng)扇，使開關(guān)柜體散熱不良；

2.3：設(shè)備的安裝、連接工藝不佳，驗收未把好關(guān)，金屬連接部分螺絲松動發(fā)熱、觸頭接觸不良；設(shè)備有質(zhì)量問題，材質(zhì)不合格，導(dǎo)致經(jīng)不起長期高溫、滿載運行。

2.4設(shè)備變形老化：隨著電網(wǎng)日新月異的發(fā)展，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)備還在運行。深圳供電局變電站的高壓開關(guān)柜在八十年代之前出廠的還仍有在使用中。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。

二、10kV開關(guān)柜內(nèi)部發(fā)熱對變電運行的影響：

1、由于發(fā)熱的開關(guān)柜主要是主變變低開關(guān)或兩側(cè)隔離開關(guān)柜，處理發(fā)熱缺陷時會造成較大面積的停電，嚴(yán)重影響了供電可靠性。

2、如果開關(guān)柜內(nèi)嚴(yán)重發(fā)熱發(fā)展成絕緣擊穿，造成接地短路事故，將會造成大量經(jīng)濟損失，影響經(jīng)濟生產(chǎn)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(fā)熱缺陷，要對發(fā)熱設(shè)備進(jìn)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(guī)對10kV封閉式開關(guān)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(shè)備長期運行，測溫蠟片自然脫落，失去監(jiān)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(jiān)控開關(guān)柜內(nèi)發(fā)熱情況；大部分接頭通過柜門的觀察窗看不到，只能在開關(guān)停電檢修時檢查接頭有無過熱情況，對預(yù)防事故作用不大；觀察開關(guān)柜內(nèi)伸縮絕緣套有否融化，各接頭有否發(fā)紅，如有該現(xiàn)象情況已很嚴(yán)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(guān)柜表面測溫：

該方法存可發(fā)現(xiàn)部分發(fā)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(guān)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(zhǔn)確判定內(nèi)部真正發(fā)熱情況，可通過多次跟蹤數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向、縱向比較發(fā)現(xiàn)發(fā)熱隱患，但投入人力很多，增加值班員的負(fù)擔(dān)，長期下來會影響其他生產(chǎn)工作。

3、通過異常音響發(fā)現(xiàn)設(shè)備過熱

當(dāng)發(fā)熱到非常嚴(yán)重時，一定會異常聲音發(fā)出，此時可能已經(jīng)形成發(fā)電打火現(xiàn)象，事故已經(jīng)馬上來臨，現(xiàn)實意義不大，而且此法對于發(fā)現(xiàn)一般發(fā)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(fā)現(xiàn)部分發(fā)熱發(fā)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(fā)現(xiàn)一般發(fā)熱問題，所以此法也有很大局限性。

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

1、10kV配電室安裝空調(diào)，降低設(shè)備運行環(huán)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(diào)，以下兩表是兩個站10kV配電室安裝空調(diào)前后測溫的對比，由數(shù)據(jù)可看出，安裝空調(diào)前后開關(guān)柜表面的溫度普遍降低十幾度，大大改善了發(fā)熱情況。

110kV福永站10kV開關(guān)柜測溫對比表

序號 設(shè)備 安裝空調(diào)前 負(fù)荷 安裝空調(diào)后 負(fù)荷

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

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

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

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

表一

110kV帝堂站10kV開關(guān)柜測溫對比表

序號 設(shè)備 安裝空調(diào)前 負(fù)荷 安裝空調(diào)后 負(fù)荷

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

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

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

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

表二

2、10kV封閉式開關(guān)柜大電流開關(guān)柜安裝散熱風(fēng)扇。

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

110kV鳳凰站10kV開關(guān)柜測溫對比表（環(huán)境溫度：32℃）

序號 設(shè)備 柜面溫度 有無散熱風(fēng)機 負(fù)荷

1 #1主變變低501開關(guān)柜 59.5℃ 無 2500A

2 #2主變變低502A開關(guān)柜 45℃ 有 1300A

3 #2主變變低502B開關(guān)柜 45℃ 有 1200A

4 #3主變變低503開關(guān)柜 50℃ 有 2500A

表三

3、10kV封閉式開關(guān)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(guān)柜內(nèi)的實際溫度。目前運行中大部分開關(guān)柜設(shè)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(guān)柜測溫時#3主變變低503開關(guān)柜表面溫度63.1℃，從開關(guān)柜風(fēng)機孔測到柜內(nèi)126℃，經(jīng)上報上級后緊急停電處理，停電后馬上打開503開關(guān)柜柜門測到最高溫度189℃。由于值班員的及時發(fā)現(xiàn)，消除了一起安全隱患。同時也可看出從風(fēng)機口測出的溫度與開關(guān)柜內(nèi)的實際最高溫度相差很大，如在開關(guān)柜正前后面有可活動觀測孔，值班員可更早發(fā)現(xiàn)發(fā)熱情況，避免緊急停電處理。

503開關(guān)柜柜面溫度

從風(fēng)機孔測溫值

停電后打開柜門測到最高值

4、在封閉式開關(guān)柜內(nèi)加裝溫度檢測儀，提高對開關(guān)柜溫度監(jiān)視準(zhǔn)度。目前深圳供電局220kV固戍站、110kV福源站已經(jīng)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(dǎo)電臂上方的感應(yīng)電源CT供電，并通過光電（紅外光）方式，把熱檢測感應(yīng)的信號傳遞到外部控制單元。

目前此產(chǎn)品不太成熟，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性難以驗證，監(jiān)測的數(shù)據(jù)未能上傳遠(yuǎn)方，也沒信號告警，運行的開關(guān)柜技改存在困難，建議在設(shè)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(guān)柜進(jìn)行局放測試，用局放儀進(jìn)行局放測試可發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)局部放電的安全隱患。僅在2011年前5個月就用局放儀發(fā)現(xiàn)220kV象山站532C相斷路器、532A相CT、1C1B相斷路器、220kV龍?zhí)?01ACT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(jīng)過停電檢修或更換后恢復(fù)正常，消除了安全隱患。

6、其他措施：開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備定期試驗、檢查維護，及時更換損害的零部件；改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，避免開關(guān)柜長期滿載運行；把好招標(biāo)與驗收關(guān)，避免不合格設(shè)備接入電網(wǎng)。

五、結(jié)論

10kV封閉式開關(guān)柜安裝散熱風(fēng)扇、10kV配電室安裝空調(diào)，降低環(huán)境溫度，可減輕10kV開關(guān)柜內(nèi)發(fā)熱程度，是最直接有效的預(yù)防10kV開關(guān)柜因發(fā)熱導(dǎo)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(guān)柜內(nèi)直接測溫可及時發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)發(fā)熱情況，利用科學(xué)手段在封閉式開關(guān)柜內(nèi)安裝溫度檢測儀既可測溫又可減輕值班員的負(fù)擔(dān)，是未來發(fā)展的方向；利用先進(jìn)儀器局放儀可發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)局部放電情況；10kV封閉式開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備定期保養(yǎng)能及時消除隱患； 一系列的措施執(zhí)行到位，杜絕10kV封閉式開關(guān)柜事故不是空談。

展望：

1、加速電網(wǎng)建設(shè)，改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，使10kV開關(guān)柜不至滿載、過載運行；

2、對于舊的10kV開關(guān)柜進(jìn)行技改，增加探測窗和加裝溫度感應(yīng)器；

3、新設(shè)備選型時，10kV開關(guān)柜應(yīng)考慮具有內(nèi)部溫度感應(yīng)裝置的10kV開關(guān)柜和留活動觀測孔方便紅外測溫；

4、提高設(shè)備的安裝、連接工藝，把好電氣設(shè)備驗收進(jìn)網(wǎng)關(guān)。

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(jǐn)此致謝。

參考文獻(xiàn)：

1、1998年廣西電力工業(yè)局培訓(xùn)教材委員會編的《電氣設(shè)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(fā)展和改革委員會2008-11-01發(fā)布的《DLT 664-2008 帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)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(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。