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開關(guān)柜母線樁頭側(cè)絕緣套管的事故預(yù)控

文檔作者：張宗杰朱贅文檔來源：上海市電力公司奉賢供電公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年06月11日
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62 供用電第29卷第5期
2012年lO月
開關(guān)柜母線樁頭側(cè)絕緣套管的事故預(yù)控
張宗杰，朱贅
(上海市電力公司奉賢供電公司，上海201400)
摘要：防止封閉母線開關(guān)柜母線樁頭絕緣套管熱擊穿事故，要從檢修和運行溫度在線監(jiān)測著手采取措施。
分析了一起開關(guān)柜母線樁頭側(cè)絕緣套管的絕緣擊穿事故，建立了一套小車斷路器觸頭彈簧性能劣化的日常
檢修方案和標準，提出了對開關(guān)柜母線樁頭側(cè)絕緣套管內(nèi)動靜觸頭進行溫度測試的在線“接觸式”無線測溫
系統(tǒng)，完善了當前對開關(guān)柜日常巡視和檢修中存在的不足。
關(guān)鍵詞：開關(guān)柜；絕緣套管老化；在線“接觸式”無線測溫；動靜觸頭
中圖分類號：TM591 文獻標識碼：B 文章編號：1006—6357(2012)05—0062--05
Accident Pre-Control of Insulating Casing by Bus Stake Side in Switchgear
Zhang ZongJ ie，Zhu Yun
(Fengxian Power Supply Company，SMEPC，Shanghai 201400，Shanghai China)
Abstract：There should be take measures tO prevent the accidents of thermal breakdown in bus stake of
switchgear at the points of maintenance and operating temperature on—line monitoring．An accident of
insulating casing by bus stake side in switchgear is analyzed．A set of daily maintenance and standard of contact
spring aging in cartype circuit breaker is built．On line contact wireless temperature measurement system
measuring temperature of static contact and moving contact in insulating casing of switchgear by bus stake side
is put forward．The shortage existing in the present daily patrol and maintenance is perfected．
Key words：switchgear；insulation bushing aging；on-line contact wireless temperature measurement；static
contact and moring contact
目前，傳統(tǒng)倉式布局的變電站逐漸被真空
斷路器和SF。斷路器的成套封閉式母線的開關(guān)
柜(下稱封閉母線式開關(guān)柜)所替代。雖然封閉
母線式開關(guān)柜有諸多優(yōu)點，但由于其具有密閉、
絕緣間距小的特點，采用傳統(tǒng)的運行巡視手段
和檢修標準已經(jīng)無法適應(yīng)當前廣泛使用封閉式
母線開關(guān)柜的要求，也由此引發(fā)了事故，因此需
要引入新的檢修標準和檢測手段來解決這一
問題。
l事故案例及分析
1．1事故案例
2011年5月21日，位于上海市市郊某35 kV
變電站10 kV二、三段母線發(fā)出接地信號。在二
段母線停運、小車斷路器拉到檢修位置之后，對斷
路器觸頭和開關(guān)柜母線樁頭的檢查中發(fā)現(xiàn)，開關(guān)
柜內(nèi)A相母線樁頭側(cè)絕緣套管對地發(fā)生絕緣擊
穿事故。
小車斷路器上A相的動觸頭和觸指則因為
事故而發(fā)生嚴重燒損(見圖1)，且存在上下觸頭
燒損不均勻情況，觸頭上半周灼傷嚴重，同絕緣套
管擊穿位置相符。}習(xí)一【a)動觸又卜、卜面(b)動觸頭上半商
圖i小車斷路器A相的動觸頭和觸指燒損情況
1．2事故分析
從殘存的小車斷路器A相動觸頭上發(fā)現(xiàn)，電
灼傷和金屬熔化部位集中在上半周。由此可以推
測出，動靜觸頭之間接觸情況不均勻，而造成動靜
觸頭之間接觸不良的主要原因在于動觸頭上緊縮
彈簧的劣化。這使得觸指局部松動，引起動靜觸
萬方數(shù)據(jù)
張宗杰。等：開關(guān)柜母線樁頭側(cè)絕緣套管的事故預(yù)控63
頭間接觸壓力大小和均勻程度都不滿足要求，在
長期導(dǎo)通電流情況下，局部接觸電阻過大引發(fā)嚴
重發(fā)熱。而開關(guān)柜母線樁頭側(cè)絕緣套管相對密閉
的結(jié)構(gòu)，使得動靜觸頭發(fā)熱而產(chǎn)生的熱量無法及
時散去，積累在環(huán)氧樹脂套管內(nèi)部，在長時間高溫
環(huán)境下，環(huán)氧樹脂絕緣套管澆注接縫處發(fā)生老化
開裂。同時由于接縫處絕緣材質(zhì)不連續(xù)，使得此
處電場強度不均勻從而引起局部放電，最終造成
開關(guān)柜內(nèi)A相母線樁頭側(cè)整體環(huán)氧樹脂套管的
熱擊穿事故。
但由于封閉母線式開關(guān)柜密閉的結(jié)構(gòu)，使得
日常運行人員無法通過觀察和紅外測溫掌握開關(guān)
柜母線樁頭處動靜觸頭接觸情況。另一方面，由
于小車斷路器的活動連接結(jié)構(gòu)，給導(dǎo)電回路接觸
可靠性也帶來影響，而且反復(fù)的小車斷路器操作
所帶來的機械公差擴大，要求對觸頭彈簧性能及
時檢測。另外，由于封閉式母線開關(guān)柜相間和相
對地間絕緣間距較小，因此在設(shè)計中往往采用大
量絕緣套管，而絕緣套管的材料性能又與其運行
環(huán)境溫度呈現(xiàn)負指數(shù)關(guān)系。因此，也必須對開關(guān)
柜內(nèi)溫度進行有效的測量。
由以上分析可知，對于封閉母線式開關(guān)柜母
線樁頭側(cè)絕緣套管的運行維護，應(yīng)該考慮從觸頭
彈簧的檢修預(yù)防和套管內(nèi)溫度在線監(jiān)測兩方面
進行。
2開關(guān)柜母線樁頭側(cè)絕緣套管內(nèi)觸頭彈
簧的檢修
2．1觸頭彈簧性能的劣化原因
由于開關(guān)柜母線樁頭處動靜觸頭的特殊連接
結(jié)構(gòu)，而用于緊縮動觸指的彈簧長期處于大電流、
高溫發(fā)熱狀態(tài)下，由此會造成觸頭彈簧性能進一
步劣化，致使動觸頭觸指壓力不足，動靜觸頭接觸
壓力不均勻，使觸頭發(fā)熱進一步惡化，最終引起
事故。
在日常工作中，影響觸頭彈簧性能劣化的因
素主要包括以下幾方面。
1)由于小車斷路器日常檢修和操作過程中，
人為操作不當和設(shè)備本身自然磨損使機構(gòu)公差變
大，當小車斷路器合到工作位置時，動靜觸頭之間
產(chǎn)生一定偏心從而造成壓力不均勻，使彈簧形變
量增加。
2)觸指彈簧表面因為日常檢修產(chǎn)生磨損和
臟污，由于長時間通過電流，磨損的表面使得彈簧
金屬材料與污物發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，從而加劇彈簧
性能劣化。
3)觸指彈簧長期通過大電流，在電流作用下
彈簧自身發(fā)熱，隨著彈簧溫度不斷升高，其“蠕變”
和“松弛”現(xiàn)象加速，使得動靜觸頭接觸壓力變差
而進一步促使觸頭發(fā)熱，形成惡性循環(huán)。
2．2觸指彈簧性能劣化檢測
通過彈簧特性可以發(fā)現(xiàn)，彈簧自身隨著應(yīng)變、
應(yīng)力大小，應(yīng)力作用時間的影響，觸指彈簧情況持
續(xù)劣化。而這一劣化過程的速度主要體現(xiàn)為彈簧
“疲勞極限”，考慮到觸指彈簧日常使用過程中“應(yīng)
變”為定值，所以可以通過對彈簧“松弛”現(xiàn)象中應(yīng)
力的測量來間接反映觸指彈簧的性能。
從某變電站事故中燒損的觸指和彈簧殘骸可
見，因彈簧劣化松弛，觸指局部接觸不良而產(chǎn)生過
熱磨損痕跡，又因觸指和彈簧由于觸頭間接觸壓
力不均勻，出現(xiàn)局部過熱熔化現(xiàn)象。因此對于觸
指彈簧性能的檢測主要集中在：①動靜觸頭間接
觸壓力值測試；②動靜觸頭間壓力均勻程度測試。
2．3觸指彈簧性能檢測方案
為了同時達到檢測動靜觸頭間接觸壓力和動
靜觸頭間壓力均勻程度，需要設(shè)計一種壓力測試
儀器，其外觀尺寸應(yīng)與實際樁頭內(nèi)靜觸頭相同，而
且要在測試儀器周邊設(shè)置多對壓力感應(yīng)器來實現(xiàn)
對動靜觸頭接觸均勻程度的檢測。動觸頭和壓力
傳感器示意圖如圖2所示。，．n、
《． 一塞
／ ＼ 壓
迫·少／
＼ 點
(a)動觸頭o (b)壓力傳感器
圖2動觸頭和壓力傳感器示意圖
在檢測時，將壓力傳感器插入動觸頭內(nèi)，讓觸
指與傳感器上對應(yīng)壓力測試點充分接觸，通過各
點壓力值測試可初步得到觸指與靜觸頭的接觸壓
力和均勻程度。
觸指彈簧壓力檢測方案如圖3所示。
萬方數(shù)據(jù)
64 張宗杰，等：開關(guān)柜母線樁頭側(cè)絕緣套管的事故預(yù)控
觸指
～,／／壓力傳感器
觸指
圖3觸指彈簧壓力檢測方案
2．4觸頭彈簧性能劣化標準
1)彈簧壓力值測量。利用觸頭彈簧壓力測
試方案測試時，可以通過測試觸頭上的多組壓力
傳感器測得對應(yīng)點的壓力值F。，?，R。為了間
接反映出觸指彈簧的應(yīng)力值，需要選取壓力的平
均值F：
i—Fl+Fz+F3+?+R ，1、』一
，2
＼l，
通過式(1)可得到實際工作狀態(tài)下動靜觸頭
之間的壓力值。通過與歷史測試數(shù)據(jù)-g7的比較，
就可以發(fā)現(xiàn)由于觸指彈簧性能劣化而造成動靜觸
頭接觸壓力值的下降。這里定義盯為彈簧性能劣
化百分系數(shù)，通過這個系數(shù)可以掌握彈簧總體性
能是否良好?？诘挠嬎愎饺缦拢?
d一F’丁一F (2)
由式(2)可以反映出彈簧性能劣化的速率和
程度。通過設(shè)立一個標準口值，就可以實現(xiàn)對不
同彈簧體自身疲勞度的掌控。
2)觸頭接觸情況測量。通過均勻分布的壓
力值測試點，還可以實現(xiàn)對動靜觸頭實際接觸情
況檢測。由壓力傳感器測得對應(yīng)點壓力值
Fl'．．．'R，可以求得壓力平均值F。這里再定義
聲為壓力分布均勻系數(shù)，當拳在可以接受范圍內(nèi)，
即表示動靜觸頭實際接觸良好。q5的計算公式
如下：
=max(Fi--F)(i一1，?，挖) (3)
由式(3)可以判斷動靜觸頭接觸情況。當$
超過標準值時，就可判定觸指是否存在嚴重磨損
或是動靜觸頭接觸不良。
2．5觸頭彈簧壽命全過程檢修標準探討
通過對彈簧劣化百分系數(shù)口和壓力分布均勻
系數(shù)qI的測量，可以直觀地判斷動觸頭和觸指彈
簧情況。由于在當前電力系統(tǒng)設(shè)備檢修標準中，
對開關(guān)柜母線樁頭處動觸頭和觸頭彈簧性能檢修
并未細化和量化，在檢修時全憑檢修人員現(xiàn)場經(jīng)
驗判斷存在風險。因此相關(guān)檢修標準的制定有利
于對觸指彈簧性能的El常維護，但是仍然需要大
量運行數(shù)據(jù)積累來最終確立彈簧劣化檢測的技術(shù)
指標。
下面對觸頭彈簧壽命全過程檢修標準進行
討論。
1)由于觸指彈簧在運行過程中受電流升溫
和人為反復(fù)操作影響，觸指彈簧的應(yīng)力逐步減小，
通過對大量運行斷路器彈簧劣化百分系數(shù)盯的定
期測量，可以統(tǒng)計和繪制一條觸指彈簧劣變的過
程標準曲線。通過將被測設(shè)備的數(shù)據(jù)所繪制成的
曲線與標準曲線對比分析，可以及時掌握觸指彈
簧的運行狀態(tài)，并安排檢修和更換工作。
2)對壓力分布均勻系數(shù)西的測量，可作為對
小車斷路器觸頭狀態(tài)檢修的一個定量輔助條件，
可通過檢修專家的經(jīng)驗制定一個“標準系數(shù)圣”作
為與實際小車斷路器觸頭測試數(shù)據(jù)比較標準。由
于小車斷路器觸指彈簧的壓力分布均勻程度不會
嚴重影響動靜觸頭之間的接觸情況，因此該指標
作為小車斷路器觸頭檢修的輔助標準被引入。
3)觸頭彈簧壽命全過程檢修標準可以通過
對彈簧劣化百分系數(shù)d曲線的分析比較直觀地對
觸頭彈簧性能進行掌控，同時將壓力分布均勻系
數(shù)西作為對動靜觸頭接觸情況和觸指燒損情況輔
助條件被引人檢修標準中，通過定量、定性的監(jiān)測
分析，可以及時發(fā)現(xiàn)觸指彈簧嚴重劣化隱患，及時
處理減少由于動靜觸頭接觸電阻過大而造成柜內(nèi)
發(fā)熱源的產(chǎn)生。
3開關(guān)柜母線樁頭側(cè)絕緣套管內(nèi)溫度在
線監(jiān)測
3．1設(shè)備運行狀態(tài)傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)
3．1．1傳統(tǒng)開放式設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)
傳統(tǒng)的電氣設(shè)備監(jiān)測技術(shù)如測溫臘片、紅外
成像測溫技術(shù)都無法適應(yīng)開關(guān)柜是相對封閉的結(jié)
構(gòu)，特別是對開關(guān)柜母線樁頭處動靜觸頭的運行
溫度更是在不受監(jiān)控狀態(tài)下，這對開關(guān)柜安全運
行帶來威脅。
萬方數(shù)據(jù)
張宗杰，等：開關(guān)柜母線樁頭側(cè)絕緣套管的事故預(yù)控65
3．1．2封閉式開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)
為了解決開關(guān)柜相對封閉和絕緣凈距較小的
問題，對封閉母線式開關(guān)柜絕緣情況的日常檢測
多采用地電波局部放電技術(shù)。但封閉母線式開關(guān)
柜的電氣絕緣結(jié)構(gòu)的熱擊穿是一個累積過程，其
發(fā)展速度卻呈現(xiàn)加速增長態(tài)勢。由于電氣絕緣熱
擊穿初期的局部過熱無法通過地電波局部放電技
術(shù)發(fā)現(xiàn)，且對于開關(guān)柜巡視存在一定周期。同時，
在電磁環(huán)境復(fù)雜的封閉母線式開關(guān)柜現(xiàn)場使用地
電波局部放電技術(shù)存在無法精確定位故障點的問
題。因此，通過地電波局部放電技術(shù)無法及時、有
效、準確、實時地監(jiān)控開關(guān)柜母線樁頭處動靜觸頭
因過熱而劣化的情況。
3．2開關(guān)柜在線“接觸式”無線測溫系統(tǒng)
針對絕緣套管開關(guān)柜母線樁頭處動靜觸頭因
長期過熱而劣化的情況，對于樁頭處動靜觸頭溫
度的監(jiān)測成為有效的預(yù)控手段?？紤]到在線紅外
測溫系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)用成本較高，無法廣泛使用的情
況，本文提出了一種類似于測溫臘片的直接“接觸
式”測溫系統(tǒng)(下稱在線“接觸式”無線測溫系統(tǒng))。
為了方便測溫傳感器在開關(guān)柜內(nèi)的安裝和數(shù)據(jù)傳
輸，所以引人了無線傳輸技術(shù)。
通過將測溫傳感器安放在開關(guān)柜母線樁頭側(cè)
絕緣套管內(nèi)(見圖4)，來實現(xiàn)對樁頭處動靜觸頭
運行溫度的監(jiān)測。與在線紅外測溫系統(tǒng)相比，通
過這種在線接觸式無線測溫系統(tǒng)所得到的溫度數(shù)
據(jù)誤差較小，可實現(xiàn)對開關(guān)柜母線樁頭處動靜觸
頭的溫度監(jiān)測。
圈囊圈
■●
——測溫傳感l(wèi)
睜觸頭盒
圖4開關(guān)柜內(nèi)測溫傳感器的安裝不意圖
在線“接觸式”無線測溫系統(tǒng)的框圖如圖5所
示。其由溫度傳感器cs]、無線通信終端、通信管理
單元、后臺數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等構(gòu)成。開關(guān)柜母線樁
頭處靜觸頭上的溫度傳感器將運行中觸頭的溫度
數(shù)據(jù)采集，通過無線通信終端經(jīng)由通用分組無線
服務(wù)技術(shù)(GPRS)傳輸方式傳送到開關(guān)柜內(nèi)數(shù)據(jù)
采集終端?，F(xiàn)場的溫度數(shù)據(jù)由通信管理單元匯總
通過通信光纖無線局域網(wǎng)絡(luò)(wLAN)傳輸?shù)胶?
臺數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。
一一一一一一一一一一一I 無線廣一一一一一一一一一一一一一一
i區(qū)匭圈{
后臺數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)
圖5在線“接觸式”無線鍘溫系統(tǒng)的框圖
在線“接觸式”無線測溫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)經(jīng)由監(jiān)控
中心處理后可以統(tǒng)一顯示在變電站現(xiàn)場集控屏
上，方便變電運行人員日常巡視。同時，可以將監(jiān)
控中心的數(shù)據(jù)通過安全監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集
(SCADA)系統(tǒng)遠傳到集中控制中心，在與設(shè)備溫
度預(yù)警值比較后，可及時向運行人員發(fā)出過熱警
告，并安排檢修防止設(shè)備事故的發(fā)生。
3．3開關(guān)柜在線溫度監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用前景
溫度作為電氣設(shè)備的一個重要參數(shù)，一直是
反映設(shè)備運行狀態(tài)、決定設(shè)備是否需要檢修的一
個重要指標。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的開展，設(shè)備運
行狀態(tài)數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控和采樣處理變得更加重
要。本文提出的開關(guān)柜在線“接觸式”無線測溫系
統(tǒng)同樣可以推廣到導(dǎo)電回路連接處、母排連接處，
乃至實現(xiàn)變壓器的實時測溫功能。而通過電力通
信光纖完全可以實現(xiàn)將這些溫度數(shù)據(jù)進行就地處
理分析，以及數(shù)據(jù)采樣遠傳，這為準確反映設(shè)備潛
在的缺陷問題、及時安排檢修工作提供了重要依
據(jù)。伴隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，在線溫度信號也
可以接入智能化管理模塊，最終實現(xiàn)智能化電網(wǎng)
發(fā)展中變電站的自檢功能。
4結(jié)語
本文針對開關(guān)柜母線樁頭處動靜觸頭相對封
閉不利于散熱和測溫這一問題，提出了從檢修預(yù)
防和在線監(jiān)測兩個方面的治理方案。
1)檢修預(yù)防方面主要在動觸頭彈簧劣化的
日常檢測中，通過制定相關(guān)標準及時消除因彈簧
萬方數(shù)據(jù)
66 張宗杰，等：開關(guān)柜母線樁頭側(cè)絕緣套管的事故預(yù)控
性能劣化造成動靜觸頭接觸不均勻引起的局部過
熱問題，減少了運行中絕緣套管附近的發(fā)熱源。
2)在線監(jiān)測方面主要針對封閉母線開關(guān)柜
相對封閉的結(jié)構(gòu)，提出直接“接觸式”無線測溫系
統(tǒng)。經(jīng)對動靜觸頭溫度的實時測量，實現(xiàn)對套管
內(nèi)溫度的檢測和預(yù)警，防止設(shè)備運行事故發(fā)生。
參考文獻
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力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．電力科學(xué)與工程，2008(8)：
168—171．
收修改稿日期：2012年8月
張宗杰(1987一)，主要從事電網(wǎng)運行檢修及線纜運行維護
工作
朱贊(1980)，助理工程師，技師。從事電力營銷工作
(上接第58頁)
表3遙控測試結(jié)果
測試項目測試結(jié)果
測試場景結(jié)果
分一合正確
合一分正確
遙控執(zhí)行情況
分一合正確
合一分正確
結(jié)論合格
測試場景結(jié)果
分一合4．66
合一分4．03
遙控執(zhí)行時間／s
分一合9．47
合一分4．13
結(jié)論合格
表4故障信息采集測試結(jié)果
測試項目測試結(jié)果
測試場景響應(yīng)時間／s
2．0A／zooms 7．78
4．0A／200IFIS 6．28
故障信息
8．0A／200ms 6．31
響應(yīng)時間
4．0A／150ms 7．19
(從加入電流到主站
界面顯示值刷新) 4．0A／100ms 8．03
4．0A／50ms 7．72
4．0A。／zoms 7．81
結(jié)論合格
6 中壓載波技術(shù)在應(yīng)用中需注意的問題
中壓載波技術(shù)應(yīng)用中需注意的問題如下。
1)卡接式耦合器在安裝時可以不停電施工，
但信號傳輸距離有影響，一般載波信號傳輸距離
3 km左右，電纜段數(shù)不超過4段，否則需要采用
中繼機使載波通信距離延長。
2)對用戶負荷投切存在隨機性的情況，易造
成卡接式電感耦合器構(gòu)建的載波通信線路參量無
規(guī)律變化，會影響信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性。因此，推薦
有條件的地方盡量采用注入式電感耦合器。
7結(jié)語
1)電力線載波通信技術(shù)因其顯著的特點和
技術(shù)的不斷發(fā)展，在光纜無法覆蓋到的站點可采
用中壓載波通信接人方式作為對配電自動化通信
方式的補充。
2)在福州配電自動化試點建設(shè)實踐表明，中
壓載波技術(shù)的應(yīng)用為配電自動化的各類信息與控
制系統(tǒng)提供了性價比較高的通信信道，可以成為
現(xiàn)有的電力通信光纖骨干網(wǎng)絡(luò)的延伸或補充與備
份，且具有可靠性高、經(jīng)濟性好、維護管理方便等
優(yōu)點，可以大大節(jié)省費用投入和施工時間。
參考文獻
[1]王立波，王玨聽，孟宇，等．影響低壓電力線載波
通信的主要因素分析[J]．供用電，2010，27(3)：
27—29．
E23祝春捷．中壓配電線載波傳輸特性及實用化分析
EJ]．供用電，2001(6)：23—25．
收修改稿日期：2012年7月
鄭旭濤(1972一)。高級工程師，主要從事配電自動化工作
萬方數(shù)據(jù)

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