摘要：10kV开关柜是城市配电网核心配电设备，直接影响城区可靠供电。出线电缆作为开关柜分配电能主要途径，是整个电网系统安全运行的有力保障。随着农配网改造进程的推进，大量开关柜投入运行，因此，柜内故障引发的停电事故和安全事故也在不断增加，而绝缘故障是造成开关柜事故的最主要原因。传统的常规例行试验受到停电和试验周期长等因素影响，通常不能及时有效地发现绝缘缺陷或隐。
关键词：10kV开关柜；绝缘损坏；局部放电
引言
开关柜是电力系统电力输送不可或缺的电力设备之一。随着电网的发展和技术的不断更新，国产中置式高压开关柜以结构紧凑、体积小、布置简单、安装方便等优点而得到了广泛的应用。虽然电力行业管理运维水平不断提高，但随着电网负荷的不断上升，近年来开关柜异常发热导致紧急停运甚至炸柜的故障时有发生，特别是大电流柜包括柜内、开关小车、刀闸小车梅花触头的异常发热及烧损，对电力系统安全运行造成巨大的威胁。开关柜异常发热，轻则造成负荷损失和停电范围扩大，重则导致越级跳闸，控制不及时甚至会导致电网解列，造成电网大面积停电的恶性事故。
1 10kV开关柜局部异常放电原因
1.1?设计与安装存在缺陷
为保障配电系统的安全和稳定运行，低压开关柜的设计水平与安装质量尤其关键。导致低压开关柜触头发热的设计缺陷主要是在设计前未能准确掌握高峰阶段用电量和实际用电量。高峰阶段的最大用电负荷错误判断将使设备在实际运行中无法得到满足。如设计过程中未能对设备实际用电量进行全面的整理和分析，持续处于过电流运行状态的触头不可避免地会出现发热现象。低压开关柜安装缺陷指的是在施工和验收过程中忽视相关规范要求。线缆与触头的空间较小，触头的自然散热能力便会受到影响。如实际运行中的低压开关柜触头无法及时散发热量，开关柜内部将同时聚集很多的热量，触头发热问题会因内部温度升高而出现。
1.2柜体散热不良
根据运行经验，发现现存开关柜及刀闸柜内部空气循环不通畅，无法形成完整的与外界空气对流的循环系统，使得开关柜内热量逐步累积导致柜体异常发热；大部分开关柜风机加装位置、抽风吹风方向不合理无法达到预期的散热效果；国产风机长时间运行，故障频发且无法报警，同时风机故障需要停电才可更换，严重影响设备可靠性能。
1.3梅花触头整体质量较差
当前在运梅花触头触片厚度均在２．５ｍｍ左右，而梅花触头触片厚度的设计标准应为３ｍｍ；触片材料采用黄铜或其他铜合金，电导率在４０左右；镀银厚度一般在１μｍ甚至更低，支架及弹簧的材料均缩水严重。按照国标，４０００Ａ断路器梅花触头要求触片数量至少为８０片，此数据是经过大量试验和运行经验所得，但部分生产厂家为了减少成本仅采用６４片的梅花触头，这大大增加了梅花触头的接触电阻，从而增大了设备运行的热量。梅花触头固定弹簧及支架若使用导磁材料将产生涡流，致使其发热，大大降低弹簧使用寿命，轻则导致接触面不够，重则导致触头处直接接地引发炸柜。随着用电量的不断增长，梅花触头质量隐患使系统存在巨大的安全隐患。
2整改措施
2.1改进梅花触头
针对梅花触头频繁烧黑变色导致接触电阻增大故障，建议改进现有梅花触头：首先增加梅花触头表面镀银厚度，减少接触电阻；梅花触头固定弹簧及支架采用非导磁材料，以降低涡流导致的发热；提升触片材质质量，确保材料为导电性能极好的紫铜（电导率≥５６）；严格控制触片厚度，确保厚度达到３ｍｍ。增加４０００Ａ开关柜梅花触头触片数量为８２片（如图２所示），从而增大导流面积，降低接触电阻。根据Ｒ＝ρＬ／Ｓ可知，更换后的梅花触头电阻可降低２０％左右，从发热源头降低设备发热量。
由实际测量可得梅花触头增至８２片后接触电阻可降低１０μΩ，则根据Ｑ＝Ｉ－Ｒｔ，４０００Ａ额定电流下，电阻每下降１μΩ，１ｈ内发热量降低５７．６ｋＪ。
2.2开关柜异常发热处置措施
一是改进触头材质，特别是提高触头表面镀银层厚度要求。早期开关站动、静触头表面镀银层厚度要求为6μm，根据广东电网有限责任公司10kV-35kV高压开关柜技术规范（通用部分）的最新要求（版本号：GD2019-01），滑动连接触头镀银层厚度宜不小于20μm，至少不小于12μm。二是更换触头弹簧。弹簧长时间运行后弹力下降，降低动、静触头咬合力，导致接触电阻上升。建议结合回路电阻测试结果，与小车开关的动触头整体更换。三是将柜内静触头盒更换为带通风通道的触头盒，有利于动静触头散热。四是当开关柜负荷电流≥50%开关柜额定电流时，应加装在线测温装置，必要时还可以加装特高频局部放电在线检测装置，以便实时掌握开关柜运行状态。五是目前电力设备交接规程及预试规程均未对开关柜包含小车开关静触头在内的回路电阻作出要求，建议在基建工程竣工验收及开关柜母线停电清扫时开展开关柜整体回路电阻测试（包含小车开关动静触头），及时发现和消除触头接触不良带来的安全隐患。
2.3取消进线刀闸小车
鉴于刀闸小车柜多次出现异常发热，结合实际运维经验可将主变与开关柜之间刀闸小车取消，更改为铜排直接短接刀闸小车上下静触头（如图３所示），并在导电部分与原小车之间加装绝缘隔板。改进后将大大减小接触电阻，同时消除梅花触头质量不足导致的刀闸柜异常发热问题；但需对变电站系统接线图进行更新，防止出现图实不符导致误操作或误碰带电。如短时间内无法取消进线刀闸小车，就需结合停电运维重点关注刀闸小车触头插入深度和触头健康状况。测量刀闸小车回路电阻时宜在刀闸小车推入时进行，以便掌握动静触头接触状态。每次回路电阻的测量值要记录并进行对比，观察变化趋势，发现异常及时修复或更换。
2.4优化设计与安装环节
为解决低压开关柜触头发热问题，需首先从低压开关柜的设计与安装环节优化入手，以此针对性加强管理。在低压开关柜的设计中，需引入规范化设计理念，并结合实际用电情况，科学合理地计算配电系统最大用电负荷。在设计前的准备阶段，设计单位务必对现场进行调研，特别是改扩建项目的设计，需分析低压开关柜的实际剩余空间和负荷容量。安全、稳定的配电系统和较高的负荷能力是有效控制低压开关柜长期运行的保障，低压开关柜触头发热问题可由此预防。此外，对于一些民用小型配电室，由于通常没有设置恒温恒湿的暖通系统，在设计时应考虑南北方温度和气候差异，如在柜内增加风扇强制通风、增加电加热器以消除因气候变化造成的冷凝水等方式，都能一定程度上降低触头发热的现象。
结束语
电缆金属吊牌与电缆距离过小是导致电缆头外护套表面放电的主要原因，因此，应加强新开关柜投运前验收把关，金属吊牌与电缆宜保持一定距离，最好使用塑料吊牌或者将电缆信息装设在开关柜外部；应加强运维巡视检查，对于现有金属吊牌结合线路停电进行处理，更换成塑料吊牌，以及时排除金属物件对柜内绝缘的影响。开展开关柜带电检测能够有效发现柜内潜伏性局部放电缺陷。带电检测局放异常时，应结合开关柜专业化巡视结果等进行综合分析，提高检测成效，从而安排行之有效的预防措施，保障城市配电网开关设备安全稳定运行。
参考文献
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