高压开关柜倒闸操作及内部发热隐患处理秘决

高压电气设备倒闸操作的要求和基本要领

倒闸操作的要求

运行中的电气设备，会因检修、调试、试验、消除缺陷以及改变一次回路的运行接线或新设备投入等工作，需要运行人员进行运行方式的变换而投入、断开、倒换电气没备，这一系列操作称为倒闸操作。它是一项重要而复杂的操作，关系到电力系统没备、供电和人身的安全。要特别防止误拉合开关、带负荷拉合隔离开关、带电挂地线(包括接地刀闸)、带地线合闸和误入带电间隔等恶性事故(合称“五防”)，以及非同期合闸和错停负荷等。除了上述一次回路的操作外，还有许多单独进行的二次回路设备的操作，如改变继电保护的运行方式及其定值等。

操作隔离开关的基本要领

(1)在手动合上隔离开关时，应迅速而果断。但在合闸行程终了时，不能用力过猛，以防损坏支持绝缘子或合闸过头。在合闸过程中如果产生电弧，则要毫不犹豫地将隔离开关继续合上，禁止再将隔离开关拉开。

(2)在手动拉开隔离开关时，特别是刀片刚离开固定触头时，应缓慢而谨慎。此时，若产生电弧，则应立即反方向合上隔离开关，并停止操作。

(3)当使用隔离开关进行以下操作，如切断小容量变压器的空载电流，切断一定长度的架空线路、电缆线路的充电电流，用隔离开关解环操作等时，均会产生一定长度的电弧，此时应迅速将隔离开关拉开，以便尽快灭弧。

允许用隔离开关进行的操作

用隔离开关拉、合时所产生的电弧可以自行熄灭。一般允许用隔离开关进行的操作如下：

(1)拉、合无故障的电压互感器和避雷器。

(2)拉、合无接地故障的系统变压器的中性点。

(3)拉、合直接旁路(即并联回路)电流。

(4)拉、合励磁电流小于2 A的空载变压器和充电电流不超过5 A的空载线路。但当电压在20 KV以下时，应使用户外垂直分合式三联隔离开关。

(5)拉、合电压在10 kV及以下，电流小于70 A的环路均衡电流。

(6)在既有断路器又有隔离开关的回路中，正常情况下必须用断路器来完成切、合电路的任务。

高压断路器的操作

高压断路器具有灭弧能力，能切断负荷电流和故障电流，是进行倒闸操作的主要设备。在使用断路器进行操作时，一般应注意以下几个问题：

(1)用断路器拉、合时，运行人员应从各方面检查判断断路器触头的实际位髑与外部指示是否相符。一般来说，其自身的机械指示位置比电气控制回路的“红、绿”指示更为可靠。当然，值班人员还应根据断路器所在回路的指示仪表(如电流表、功率表及电压表等)的指示及系统内的其他象征来帮助判断断路器触头的实际位置。

(2)电力系统运行方式改变时，应认真核对相关断路器安装处的开断容量是否满足要求，还要检查安装处的断路器重合闸容量是否符合要求。

(3)在断路器合闸前，还要检查该断路器是否达到允许故障开断次数。一般情况下，禁止将超过开断次数的断路器继续投入运行。

(4)检修后的断路器，在投运前应检查各项指标是否符合规定要求，禁止将检修、试验后不合格的断路器投入运行。

意外事件的处理

在实际操作中有时也会遇到意想不到的问题，这就要求值班人员沉着冷静、谨慎处理，不要疏忽错拉不应停的设备。比如拉隔离开关时触头刚刚分离便发现错误则要当机立断迅速合闸。如果隔离开关已经拉开了，是不许将误拉的隔离开关再重新合上的。

如果是误合隔离开关发生电弧时也要迅速合上不许再拉开，否则电弧不仅不会熄灭反而因电弧拉长造成三相弧光短路。

当合隔离开关出现三相不同期时监护人可辅助操作，用合格的绝缘杆使触头就位。当遇到重大缺陷如触头接触不良或触头烧损、油漆严重变色时，要报告调度，等待命令后方可进行送电操作。因为这样运行会使触头接触电阻增大，通过负荷电流时将烧坏触头引起停电。

操作中有时还会发现隔离开关把手上的锁生锈打不开，这时切不可鲁莽行事，应再次核对设备名称编号与操作项目是否相符，复查断路器是否确已断开，闭锁装置是否起作用等。

1、高压开关柜出线室底板发热导致电缆故障

案例：某110kV变电站仅有1台主变压器。某日，报出“35kV母线接地”信号, 检查为A相故障；接着35kV出线PD线和PW线同时由过流I段保护动作跳闸。现场检査设备，发现PD线开关柜后下门冒出黑烟，打开柜门，发现A相电缆终端严重烧损，电缆终端绝缘层几乎被电弧完全烧熔，露出电缆内部导体（见图1）。经用户查线，PW线C相发生接地故障。

专业人员检査PD线开关柜内设备，除看到A相电缆终端严重烧损以外，其余无异常。柜内无弧光短路迹象，电缆终端线夹无烧熔现象。

图1 PD线开关柜A相电缆终端烧损情况

在开关柜下面的电缆隧道内，PD线A相电缆穿板处，检查发现有电弧烧穿的孔洞（见图2）。发现PD线开关柜出线室底板是铁板，PD线电缆分相穿过电缆孔，柜底两块铁板之间没有缝隙，相互重叠压在一起，形成了闭合磁路（在A相电缆一侧）。A相电缆终端流过大负荷电流时，形成闭合磁路的铁板上有感应电流，产生热量对电缆终端的外绝缘构成严重威胁。

图2 PD线A相电缆穿板处的铁板上有电弧烧穿的孔洞

依据以上现象分析，PD线A相电缆终端，在穿板处受热损伤，形成绝缘薄弱点，逐步发展到铁板穿孔部位的绝缘被烧穿，A相电缆终端对柜底铁板电弧放电，形成单相接地故障。发生故障时，由于系统B、C相对地电压升高, PW线C相绝缘薄弱点击穿而形成不同线路两点接地短路，两条线路保护装置同时动作跳闸。

PD线A相电缆的绝缘薄弱点，可能是电缆敷设时的施工质量或维护质量问题。

预防措施

（1）规范电缆终端制作工艺，提高电缆终端制作质量，杜绝“野蛮施工”。电缆分相穿过底板的敷设方式，开关柜出线室底部铁板不允许形成闭合磁路。

（2）开关柜出线室底板应采用非导磁材料制作。

（3）开关柜出线室的底板采用铁板时，铁板必须固定安装，防止所留缝隙因变位形成闭合磁路。

2、10kV高压开关柜手车动、静触头接触不良发热

案例：某日，晴，环境温度25℃。某110kV变电站10kV开关柜进行红外测温时，发现10kV甲开关柜前门处温度达34.5℃(见图3)，当时负荷电流350A。而乙开关柜在负荷电流330A的情况下，同一部位温度为28.4℃（见图4）, 两开关柜前门温度相差6.1℃。

图3 甲开关柜前门红外测温图谱

图4 乙开关柜前门红外测温图谱

随后多次追踪测温，发现甲开关柜温度持续升高，且比其他开关柜温度偏高。2年后某日，晴，环境温度30℃，负荷电流360A；检测该开关柜前门处温度最高为55℃(见图5)。将该开关柜后柜门拆掉进行测温，发现手车母线侧静触头盒温度最高为69.1℃(见图6)。由此怀疑手车动、静触头可能接触不良。

图5 甲开关柜前门红外测温图谱

图6 乙关柜母线侧静触头盒红外测温图谱

将手车拉至开关柜外检查，发现手车上、下动触头臂绝缘筒烧损变形，动触头基座复合材料已受热损坏（见图7）。

图7手车幵关受损情况

经母线停电检查，发现故障原因是静触头座与母线连接固定螺栓松动，造成接触不良导致发热。故障部位首先起于静触头座与母线排连接处，受热传导作用，造成动触头烧损。动触头上的压紧弹簧受热后逐步退火，紧固力下降，接触电阻进一步增大，触指局部烧熔。过热的静触头如图8所示。

图8过热的静触头

发热缺陷应有一个逐步发展的过程。长期的大电流作用，使原本较轻微的发热逐步发展，使接触电阻逐渐增大，形成恶性循环；如不能及时发现，将造成严重的设备事故。

预防措施

（1）坚持定期对开关柜内主导流接触部位进行红外测温。

（2）断路器手车拉出柜外检修时，应更换老化、疲劳的压紧弹簧和锈蚀的螺栓，并采取防锈措施。

（3）规范设备安装调试工艺，保障手车动、静触头接触行程符合标准。设备安装调试时，必须测量动、静触头接触行程。

（4）安装调试和检修时，应测量手车动、静触头接触电阻符合规定。

（5）利用母线停电机会，检查各手车动、静触头接触行程，检查静触头座连接螺栓压紧有无松动，及时发现并消除隐患。

（6）开展开关柜运行温度检测，对温度异常的开关柜强化监测、分析和处理，防止导电回路过热引发的柜内短路故障。

（7）开关柜内有很多有机绝缘部件，受热后绝缘性能会不可逆的逐步丧失，可能引起火灾。因此，其主导流接触部位的最髙允许温度、发热缺陷定性方面的规定，应与裸露的金属导体的接触部位最高允许温度、发热缺陷定性规定有区别。建议开关柜内主导流接触部位的最高允许温度值、发热缺陷定性温度值降低10℃。

（8）制造厂应严格把好产品质量关，规范装配工艺，特别要提高厂内装配质量。所有螺栓的紧固力矩，应作出明确规定并达到要求。

3、高压开关柜内母线排与手车触头座接触部位发热

案例：某日，晴，高压室内环境温度10℃。某110kV变电站对10kV开关柜进行红外测温时，发现10kV 1号主进线柜后门处温度达34.8℃(见图9),比其他开关柜柜体表面温度髙出14.8℃，比环境温度高24.8℃；1号主进线柜前门处温度达27.0℃(见10)，比其他开关柜柜体表面温度高出6.0℃，比环境温度高17.0℃。由此分析1号主进线柜内有发热缺陷，具体发热部位需要进一步查证。测温时，10kV 1主进线柜负荷电流1152A。

图9 10kV 1号主进线柜后门处红外测温图谱

图10 10kV 1号主进线柜前门处红外测温图谱

接着测量10kV 1号主进线封闭母线桥（开关柜端）表面温度达31.0℃(见图11)，比其他开关柜柜体表面温度高出与该开关柜后门处温度相比低3.8℃，说明发热点不在封闭母线桥，可能在开关柜内手车动、静触头及其母线排连接部位。

3日后，10kV 1号主进线柜停电检查。将手车拉出柜外，立即对手车进行红外测温（余温），手车B相动触头整体温度42.7℃(余温）（见图12），B相动触头前部温度为46℃(余温)（见图13），手车母线侧静触头温度为48.5℃（余温）（见图14），开关柜后的穿板套管处温度39.2℃（余温）（见图15）,在开关柜内后部的手车母线侧静触头盒附近的母线排温度64.6℃（余温）（见图16）。由此证明手车动、静触头接触部位不是发热点，开关柜后的穿板套管处也不是发热点；1号主进线柜手车母线侧静触头座与母线排连接触部位是发热点。

图11 10kV 1号进线封闭母线桥表面发热红外测温图谱

图13 1号主进线柜手车B相动触头前部红外测温图谱

图14 1号主进线柜手车母线侧静触头红外测温图谱

图15 1号主进线柜后的穿板套管红外测温图谱

图16 1号主进线柜后部的静触头盒附近的母线排红外测温图谱

通过分析红外测温图谱，可以清晰地看到10kV 1号主进线柜体后部发热。停电检查时，发现主变压器10kV 1号主进开关柜后门内B相母线排绝缘热缩管因受热烧开裂纹、变黑，母线排与手车母线侧静触头座连接处螺栓松动，接触不良，导致运行中发热。

预防措施

（1）修改有关检修维护规程，规范、完善设备检修维护作业指导书，防止必要的作业流程被遗漏。

（2）规范设备小修项目工艺，规定主导流部位螺栓紧固力矩。

（3）除运维人员正常按周期对设备进行红外测温以外，在大负荷情况下应进行有重点的测温，检修人员应进行专业化的测温。

（4）开关柜内铝母线排更换为铜母线排。

（5） 高压开关柜运行中，使用红外热成像仪测温，只能对柜体外部检测，很难直接发现发热点，需要进行对比分析。对开关柜各部位检测后，再与环境温度对比，高出环 境温度较多，证明柜内有发热点。相同环境温度下，负荷电流相差不大的各开关柜表面温度，若相差较多，温度高的开关柜内部有发热点。对于有发热现象的开关 柜，可以在加强安全监护的情况下，打开柜门进行测温，检查具体的发热点。设备停电操作后，立即测量各部位的余温，也是检查具体发热点的方法。

4、10kV手车动触头压紧弹簧损坏引起接触部位发热

案例：某日，晴，高压室内环境温度14℃。某110kV变电站对10kV开关柜进行红外测温时，发现10kV 1号主进线柜后门处温度达27.8℃，比环境温度高 13.8℃；1号主进线柜前门处温度达26.0℃，比环境温度高12.0℃。由此分析1 号主进线柜内有发热缺陷，具体发热部位需要进一步查证。测温 时，10kV 1号主进线柜负荷电流1252A。

经专业人员检查，判定开关柜母线室、后下柜没有发热情况，手车A、B相母线侧动、静触头和A相下动、静触头接触部位发热。开关柜停电检查，将手车拉出柜外，发现手车A相母线侧（上部）动触头端部缺少1根压紧弹簧，手车A相下动触头和B相母线侧动触头导电杆绝缘护筒侧各缺少1根压紧弹簧(见图17）。检查手车静触头情况时，发现相应的静触头盒内遗留有脱落的压紧弹簧（见图18）。

图17 手车动触头缺失压紧弹簧情况图

图18 遗留在静触头盒内的压紧弹簧

检查静触头盒内脱落的压紧弹簧，发现弹簧有断裂痕迹但没有烧蚀情况。更换压紧弹簧，消除缺陷，10kV 1号主进线柜恢复运行正常。

此后，利用停电机会进行隐患排查，共发现该变电站先后有7个10kV出线开关柜手车动触头压紧弹簧出现上述断裂隐患（见图19），由此判定属于家族性缺陷。

同一变电站、同一型号开关柜出现相同的设备隐患，应该是压紧弹簧质量问题。由于手车在上次推入运行位置操作后，动触头压紧弹簧断裂，紧固力下降，触指与静触头的接触压力下降，接触电阻进一步增大，接触部位发热。手车A相下动触头和B相母线侧动触头导电杆绝缘护筒侧压紧弹簧断裂，使动触头与手车导电杆之间发热。手车动触头压紧弹簧断裂，可能造成10kV母线接地、弧光短路，也可能因手车动、静触头放电拉弧而造成母线短路事故。该变电站10kV开关柜内多次发生压紧弹簧断裂，均未造成事故，很值得庆幸。

图19 断裂的手车动触头压紧弹簧

预防措施

（1）坚持定期对开关柜内主导流接触部位进行红外测温。

（1）断路器手车拉出柜外检修时，应更换老化、疲劳的压紧弹簧。

（3）设备停电检修时，认真检查手车动触头装配有无缺陷，检查手车动触头压紧弹簧有无变形、变色和松脱，检查有无受热退火隐患。

（4）对同批次、同型号开关柜进行排查，消除同类隐患。

（5）制造厂应严格把好产品质量关，规范装配工艺，提高压紧弹簧的制造质量，特别要提高厂内装配质量。设备质量验收时，严格检查手车操作的灵活性、准确性，防止动、静触头接触位置偏差，导致手车操作中压紧弹簧受机械损伤。