大電流開關(guān)柜運行發(fā)熱探討

孔德晶 項駿杰

摘 要：針對大電流開關(guān)柜運行發(fā)熱事故，根據(jù)現(xiàn)場情況和具體數(shù)據(jù)展開事故調(diào)查，通過探討及市場調(diào)查，給出分析結(jié)論及解決辦法，并對后續(xù)運行情況進行了跟蹤說明。

關(guān)鍵詞：大電流開關(guān)柜;隔離開關(guān);線路差動保護;環(huán)流;渦流

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.146

1 概述

2018年4月24日11點24分，某電廠80MW發(fā)電機組主開關(guān)跳閘，當時發(fā)電機負荷為68MW。經(jīng)查為發(fā)電機出口開關(guān)柜爆炸引起。

開關(guān)柜內(nèi)隔離開關(guān)動靜刀經(jīng)擦拭發(fā)現(xiàn)動靜刀邊緣均有不同程度的熔燒痕跡。

隔離開關(guān)C相刀與右側(cè)壁有放電燒損現(xiàn)象，而靠后側(cè)壁燒損嚴重，經(jīng)查C相導體對側(cè)壁空氣凈距離150mm左右。

斷路器下口與發(fā)電機出口C相搭接面出有一個螺栓已燒熔，三相搭接面均有燒熔現(xiàn)象，四片主母線中有一片燒灼情況嚴重，其余較輕。

與隔離開關(guān)連接的母線經(jīng)擦拭后發(fā)現(xiàn)是熱縮套管燃燒后表面熏黑所致，母線本體完好。

柜頂風斗變形嚴重，隔離焊接背護板被沖開。

緊鄰的線路開關(guān)柜中隔離開關(guān)柜鎖緊裝置未鎖緊，隔離開關(guān)動靜刀之間有間隙，其中A相動刀有彈簧燒斷脫落于柜中。

事發(fā)前一天凌晨兩點左右，斷路器有過一次跳閘，當時未找到原因，繼續(xù)投入運行，第二天就發(fā)生了本次事故。

2 事故調(diào)查

本次發(fā)電機出口開關(guān)柜事故，運行人員反映10kV線路差動保護未投入，綜保技術(shù)人員現(xiàn)場也查詢確認了。10kV線路差動保護未投入時，突變量啟動和錄波功能正常，23號23：03：42，24號02：59：05，24號11：14：28突變量啟動了整組保護即SOE中的保護跳閘，實際不是保護動作輸出，沒有差流是差動保護范圍外故障，可能是本次事故中發(fā)電機出口開關(guān)柜開始處，或隔離開關(guān)，或是有螺絲融化掉落的10kV直饋線柜。

發(fā)電機出口PT，發(fā)電機匝間保護PT（縱向零序過壓保護動作跳發(fā)電機）和發(fā)電機中性點PT都有開口零序電壓，疑似發(fā)電機中性點隔離開關(guān)斷開。

110kV電站2號主變低壓側(cè)開關(guān)跳閘，管母的2段進線開關(guān)未跳閘，110kV電站2號主變低壓側(cè)開關(guān)跳閘的保護為復壓過流2段保護動作。

經(jīng)過與市場主流的開關(guān)柜成套廠、隔離開關(guān)廠聯(lián)系溝通，及參考相關(guān)設計資料，了解到目前80MW機組的大電流柜隔離開關(guān)以8000A為主。隔離開關(guān)廠供的數(shù)據(jù)顯示，2017年僅該開關(guān)柜成套公司向其購買了11套7000A（其中3套用于本工程），也購買了8套8000A，具體運行情況不詳。其他開關(guān)柜成套廠、隔離開關(guān)廠沒有使用7000A等級。隔離開關(guān)廠有5000A和8000A的試驗報告，沒有7000A的試驗報告。

該開關(guān)柜成套公司的大電流柜產(chǎn)品樣本和試驗報告中隔離開關(guān)均為7000A，其中試驗報告中顯示溫升試驗性能合格。設備招標澄清過程中，該開關(guān)柜成套公司堅持選用7000A，同時書面承諾隔離開關(guān)質(zhì)量可靠，能在額定電流下（5500A、85MW發(fā)電機）長期穩(wěn)定運行，并有相應的防渦流措辭。

事故保護數(shù)據(jù)顯示發(fā)電機差動保護先動作，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，直接引起事故停機的起始點為發(fā)電機出口開關(guān)柜后隔離室內(nèi)，發(fā)電機銅排進線C相對地進而相間放電弧光，而非隔離開關(guān)處。

但非事故柜內(nèi)出現(xiàn)了隔離開關(guān)螺絲熔斷跌落，現(xiàn)場隔離開關(guān)的工作位置不到位情況。

大電流導體的周圍空間存在著強大的交變電磁場，位于周圍的鋼鐵構(gòu)件，如導體和絕緣子的金具、支持導體結(jié)構(gòu)的鋼梁、鋼柱等，由于渦流和磁滯損耗而發(fā)熱。對于由鋼構(gòu)組成的閉合回路，如導體支持結(jié)構(gòu)，還可能感應產(chǎn)生環(huán)流而發(fā)熱。鋼構(gòu)中的損耗和發(fā)熱隨著導體工作電流增加而急劇增大。對于工作電流較大時，鋼構(gòu)損耗可能接近或超過導體自身的損耗，引起鋼構(gòu)過熱，危機人身安全和電器的正常工作，影響裝置的安全經(jīng)濟運行。合理加大鋼構(gòu)與導體的距離，合理選擇鋼構(gòu)與導體間的相對位置，使鋼構(gòu)與導體垂直，以便不產(chǎn)生感應電勢和環(huán)流。鋼構(gòu)回路宜采用絕緣板或絕緣墊斷開。母線金具損耗的處理，以前母線金具設計主要從強度和結(jié)構(gòu)上考慮，而對損耗發(fā)熱很少注意。由于金具經(jīng)常處在強磁場中，雖不使鋼件構(gòu)成包圍母線的閉合磁路，但損耗發(fā)熱很大。由于金具產(chǎn)生的熱量通過導體和絕緣子傳遞，本體溫度不是很高，但由于金具數(shù)量多，總的損耗發(fā)熱也大，金具材料建議采用非磁性。

3 分析結(jié)論

發(fā)電機出口開關(guān)柜后隔離室內(nèi)，發(fā)電機銅排進線C相對地進而相間放電弧光[1]，引起后隔離室爆炸并燒壞柜內(nèi)銅排熱縮套管，穿墻套管及柜體。發(fā)電機差動保護動作跳開發(fā)電機出口斷路器，廠用快切裝置啟動將廠用電源切換至110kV變電站10kV二段母線，深度限流裝置斷路器進行了先分后合。由于系統(tǒng)側(cè)故障回路持續(xù)存在引起110kV變電站#2主變10kV總電源斷路器跳閘。

4 解決辦法

考慮到這次事故的影響，且之前出現(xiàn)過10kV三側(cè)光差突變量啟動，發(fā)電機縱向零序電壓保護動作，#2 35kV聯(lián)絡線保護突變量啟動及相電流差流越限啟動，同時結(jié)合電廠意見，需對以下設備進行檢查并盡快恢復生產(chǎn)。

（1）發(fā)電機，尤其是匝間絕緣。

（2）10kV開關(guān)柜和35kV開關(guān)柜，尤其是隔離開關(guān)的工作位置到位情況，靜刀和動刀之間距離及發(fā)熱。隔離開關(guān)金屬附件、彈簧、緊固螺栓是否為非導磁材料需進一步確認。

（3）大電流回路的環(huán)流及渦流發(fā)熱。開關(guān)柜成套公司防渦流措施，在關(guān)鍵部位設置非導磁材料不銹鋼板和不銹鋼角鋼， 搭接母排的緊固螺栓應該采用非導磁材料。大電流柜銅排自身發(fā)熱和電磁感應柜體發(fā)熱嚴重。開關(guān)柜成套公司6300A大電流柜采用的是自然空冷，應該強制風冷設置柜體散熱風機。測溫裝置及通訊后臺。

（4）深度限流裝置，尤其是邏輯判斷功能。

（5）10kV三側(cè)光差保護需正常投入。

5 后續(xù)跟蹤

開關(guān)柜成套公司提供解決方案，3臺大電流柜增加柜頂風扇進行強制通風，增加強制通風。發(fā)電機額定輸出時，大電流柜主回路銅排溫度最高時45°C，后續(xù)運行良好。

參考文獻：

[1]薛峰.怎樣分析電力系統(tǒng)故障錄波圖[M].