浅析如何解决小车开关触头过热监测问题

1 10k V封闭式开关柜概况

1.1 10k V封闭式开关柜的应用概况

1 0 k V封闭式高压开关柜以其安全可靠、结构紧凑、占地少、操作方便等优点, 在110k V变电站内、用户10k V开闭站、小区配电等广泛使用。在廊坊供电公司所属的变电站内目前登记在册的10k V密封式高压开关柜共有1532台, 分布在廊坊地区67座变电站内。由于各站投运时间的不同, 开关柜选择的品牌、型号各不相同, 其中华东森源、浙江博时达、厦门ABB等厂生产的断路器较多。造成使用中的10k V开关柜存在设备型号多样、质量参差不齐、备品备件不全、部分设备运行时间长, 大负荷运行设备老化严重等问题。

1.2 封闭式开关柜结构特点

封闭式高压开关柜的一次设备分布在3个相互独立的隔室内, 分别是开关室、母线室、出线室。按有关的规程要求, 除实现电气连接、控制、通风而必须在隔板上开孔外, 所有隔室呈封闭状态。在开关室内的主开关上一般有6个主插头, 有18个流过负荷电流的连接点;在出线室有连接出线电缆的3个主接头与连接旁路刀闸的十几个接点。以上所说连接点直接流过负荷电流, 当负荷较大时存在隐患的连接点就会发热。由于发热点在密封柜内, 运行中的柜门禁止打开, 值班人员无法通过正常的监视手段发现发热缺陷。发热严重时接头会变红甚至熔断, 直接造成生产事故 (如图1) 。

1.3 封闭式高压开关柜接头事故统计

封闭式高压柜内接头发热事故在近几年屡有发生。其中2006年7月8日用户站前钢线202开关由于触头过热融化造成相间短路而引发了开关爆炸。致使钢厂炼钢车间1, 2号炉停车三个小时, 钢水凝注, 造成直接损失1500万元。致使供电部门与用户发生了法律纠纷 (如图2) 。

2 事故原因分析

事故分析发现, 发生事故的原因主要有:设备设计存在缺陷, 触指连接点工艺不过关, 负荷变化大, 设备运行周期长老化变形等。

2.1 设备设计存在缺陷

电力系统中开关柜通常要能承受4000A及以下的正常工作电流, 由于一次元器件通常处于密封的柜内运行, 他们产生的热量很难散发到柜外, 所以导致柜内温度升高。若温度超过105度极限值, 便会烧毁元器件, 酿成事故。可以说, 运行中发生事故的绝大多数开关柜都是由于制造工艺不过关, 从而导致温升过高引发的。当然, 在结构设计中, 还要极力避免涡流现象的发生, 实在无法避免时, 应采用磁阻率高的材料。

2.2 触指连接点工艺不过关

封闭式高压柜内小车式开关触指即插嘴的位置与固定的插头位置如有偏差, 开关推入后插头部分就可能接触不实, 造成发热。这是生产制造厂家的问题, 需要运行人员在设备投运前把好验收关。另一个接点工艺问题出在动静触头的使用材料上, 另外10 k V连接开关的母线一般使用2*100*10mm铜排, 由于开关柜设计为紧凑型, 母线排紧贴开关排列, 母线产生涡流也会造成发热从而影响开关正常运行。

2.3 负荷突变的影响

电力负荷的变化会影响设备的温度, 正常的负荷变化引起的温度升高不会超过规定的75℃。如果负荷增加的较多时 (如比平时增加了1倍或几倍) , 或者线路受到短路电流冲击后, 设备的薄弱环节就会发热, 发热后连接点的材料会发生变形、氧化等物理或化学变化。发热后如不及时发现, 再次受负荷冲击后, 又会过热, 经过多次反复的恶性循环, 接头的连接状况越来越差, 最后直至造成接头熔断事故。

2.4 设备变形老化

随着电网改造的进一步深入, 新材料、新工艺、新设备大量在电网中推广应用, 设备的健康水平也有了明显提高, 但是仍有很多老旧设备还在运行。因此设备的质量与新旧程度参差不齐, 也是发生问题的重要原因, 老旧设备接头发热发生的几率普遍较高。

3 预防接头发热事故的措施及方法

封闭式高压开关柜内的接头发热是生产中的难题, 通过采取各种措施, 如:实行检修人员责任制, 更新老旧设备, 改进接头的连接、安装工艺等, 可以大大减少接头发热事故, 但是从目前的设备状况看要想完全避免接头发热事故也是不现实的。于是希望通过监视的方法, 提前发现开关柜内设备接头发热的迹象, 以便采取措施, 防止出现恶性事故。

现在经常使用的柜内接头发热监视方法主要有:在接头粘贴测温蜡片;手摸柜门感知柜内温度;通过异常气味发现设备过热;通过异常音响发现设备过热等。粘贴测温蜡片是室外接头常用的测温法, 用在封闭柜内有很大局限性, 大部分接头通过柜门的观察窗看不到, 只能在开关停电检修时检查接头有无过热情况, 对预防事故作用不大。手摸柜门的方法可大概判断温度有无异常, 在前进变电站曾通过此方法发现2起严重的接头发热故障, 但是这种方法具有很大的随意性与偶然性, 而且由于个人感觉的差异, 相同情况也会有不同判断。我公司于2008年在所属策城、清河、康仙等几个变电站先后采用山东淄博正瑞电子有限公司研制的“DCT-2型高压开关柜温度在线检测仪”, 对预防开关柜触头过热事故收到良好效果 (如图3) 。

4 测温仪的功能

测温仪的感应探头安装在触室内部, 采集开关柜各个触头温度。通过在线检测显示屏可以实时观测到开关柜各个触头的温度值, 其精度为±3℃。能贮存72小时内的温度数据及时间。测温仪设置了二级报警, 当温度达到第一级报警时, 减负荷运行, 温升达到第二报警点时, 运行人员通知调度停电检修。通过端口与以太网连接上传数据流实现远程监控。

5 效果检查

胜芳、文安地区经济发达, 电力供应紧张, 特别是夏季高峰期, 开关柜运行容量都趋于饱和, 由于10k V开关柜多为封闭结构, 柜内触头温度不能有效检测, 柜内温度过高引发的故障时有发生, 成为高峰期运行的一大难题。安装了温度监控仪以后能实时显示柜内触室温度, 为运行人员监控提供了科学依据。由于该装置是在线实时检测, 无需人工操作, 在无人值守的变电站中, 利用测温仪的数据远传功能, 集控中心能实时监控各站10k V开关的工作状态。减轻了运行人员的工作压力。2009年8月22日清河变电站201受总开关电流都达到3000A以上, 触头温度达100℃左右, 都接近极限值, 由于有监控仪的实时温度监测, 运行人员及时处理保证设备安全运行, 此测温仪的利用提高了电网供电的安全可靠性, 带来了一定的经济效益。

6 为开关停电检修提供数据

停电率是供电质量的一个重要指标, 由于技术的发展, 开关柜质量的提高, 停电检修成了影响停电率的主要因素之一, 开关柜主要维护部位就是触头部位, 如触头松动, 弹性老化, 接触不良等, 都会引起触头温度的异常变化, 以往由于没有技术手段, 往往采取停电检修, 影响了售电指标和供电质量。安装了温度监测仪就能基本判断开关柜运行状态, 可以更科学合理地安排检修计划, 从而降低停电率, 提高供电质量。

7 存在问题及预防措施

DCT-2型测温仪温感探头安装在开关触室内, 将温度数据变换成红外信号传输给液晶接收器, 通过以太网向上位机传递。由于感应器安装在开关处室内, 环境温度较高, 这对感应器使用寿命有一定影响, 电子器件长期工作在高温环境, 容易出现故障造成人员误判断。预防措施是:要求生产厂家严把产品质量关, 另一方面改进感应探头制作工艺, 使用耐高压、耐高温的材料并避免与母线发生接触。

摘要：广泛运用中的10kV小车开关柜为全封闭设计, 内部接头过热不容易被发现, 正常巡视无法监测开关的触头温度, 负荷大的开关在长时间运行过程中很容易发生动、静触头接触不良现象, 接触不良时产生放弧发热进而引发事故。通过分析研究如果在开关柜内安装一套温感装置, 通过温度传感装置发出的告警信号, 检查判断该间隔设备有无过热情况。组建远程在线监测系统对设备的运行状况进行实时在线监测, 利用远程传输系统将现场的温度数据, 传输到控制中心便具有很大意义。

关键词：小车开关柜,触室过热,案例分析,解决方法