高压开关柜动静触头缺陷与供配电系统稳定性探究及对策

刘明

（河钢集团邯钢公司邯宝能源中心，河北邯郸 056003）

引言

高压开关设备在钢铁企业电力供配电系统中，起到集中和分配电能的作用，设备稳定性和可靠性对于各类生产设备用电关系密切，一旦发生故障，系统性的低电压会造成大面积的生产停顿，并可造成重要设备损坏和联锁性反应。然而，由于高压开关柜采用了金属铠装型式，普遍采用移开式中置小车和落地小车，其内部导电部分，尤其是动静触头结合面在正常运行时是无法直接观察的，内部发热和放电情况不能及时掌握，为安全生产带来隐患，某企业每年都会因该类设备缺陷而造成各类停产事故，严重威胁生产稳定，是造成电力系统事故的一大原因。

因此，深入查找高压开关柜内部导电部分接触情况，消除因接触不良、发热严重问题造成的动静触头缺陷，可以有效遏制该类事故的发生，提高供配电系统的稳定性，对于生产环节的优质增效有十分重大的意义。

1 缺陷影响及成因分析

1.1 缺陷对设备稳定性的影响

高压开关柜内部缺陷，由于金属铠装型式结构，内部运行情况无法有效观察，尤其动静触头接触面缺陷问题，其形成原因较为复杂。在部分电气事故发生后，对受损设备进行检查并分析形成原因时，发现因动静触头接触不良，导致设备发热并不断恶化，对长期带大负荷运行的总降变电站及枢纽开关站电气柜稳定运行造成直接威胁。因此，这种隐蔽性的缺陷，致使大电流长期运行导致设备发热的累积效应应当得到更多的重视。

然而，该类事故发生以后，由于需要及时恢复供电，短时间内若来不及查明现场设备的故障或具体情况排查不及时、不到位，又会导致类似的事故重复发生。这种因素如不能彻底消除，电力供配电系统的稳定性就会存在隐患，严重威胁着钢铁企业的正常生产节奏。

1.2 缺陷形成原因探究

经过多年来的电力生产实践和故障情况分析，高压开关柜内动静触头各类缺陷的主要形成原因如下：

（1）负荷集中，电流偏大，发热造成弹簧老化，触头接触不良。

（2）建设初期遗留下来的设备缺陷，接触面不够，造成触头接触不良。

（3）检修过程中，不规范操作导致弹簧部分受损，造成接触不良。

（4）送电操作过程中，开关小车推入位置不正，造成动静触头部分接触。

2 缺陷问题的解决策略

2.1 对于负荷较为集中，负载电流偏大的设备

由于长期发热，累积效应会造成触头表面氧化，弹簧过热退火、弹力不足、张紧性能变差等情况，因而引起设备发热程度集聚，易造成触头弹簧崩断，形成电气短路放炮事故导致触头甚至开关柜烧毁。主要措施如下。

（1）检查弹簧形变、拉伸程度，更换老化弹簧。

（2）负荷电流过高时通过方式转换，降低实际载流量。

（3）处理触头表面氧化层，进行镀银处理，减小接触阻值。

（4）具备扩容条件的，通过改造增加触头容量。

（5）对于超大容量的开关设备，加强通风散热。

2.2 对于负荷不太大的设备

实际运行过程中发热程度偏离正常平均值，温度明显有差异的设备要进行细致分析，详细掌握相关资料，该情况较为复杂，容易忽略。此种情况是深层次缺陷潜藏的主要设备区域，是上述成因中第二种、第三种情况，主要改进方案如下。

（1）检查动静触头的接触面，小于规定接触咬合量的，列入设备改造范畴，进行技术改造。

（2）检查弹簧表面，有拉丝变形、过热痕迹、发污损坏的弹簧，进行同型号换新处理。

（3）弹簧材质不佳或弹力、压紧力不够，进行整体更换。

（4）动静触头同心度配合不到位的，进行触头结构调整。

（5）动静触头因紧固不到位，逐一加以紧固，保证接触到位。

3 应用案例

3.1 总降变电站实施情况

西区炼钢变电站、铁前变电站、原料变电站组织实施动静触头接触缺陷排查以来，发现受损、发污劣化弹簧86条，安排焦化、1#烧结、2#烧结新增负荷倒换共3 次，更换动静触头4 对，处理大型配出柜因严重过热触头粘连1 处，有效遏制了配电柜小车触头发热事故的发生。

3.2 烧结余热发电、1#2#TRT、1#2#干熄焦实施情况

烧结余热发电、1#2#TRT、1#2#干熄焦共计5 个发电机出口，对并网断路器、提升柜、联结柜内小车触头进行纵向环节的全面排查，改造烧结余热发电小间联结柜内移开式小车为裸露式隔离刀闸，彻底解决了该部位空间狭小，运行温度偏高的隐患。

1#、2#干熄焦并网开关及母排进行了扩容改造，并加装通风设施，有效解决触头、开关长期过热，发电负荷受限问题。

1#、2#TRT 在近3 年的运行中，因设备质量欠佳，无法适应长期发电负荷考验，更换了高质量的ABB 开关，增加了动静触头容量，消除了设备发热隐患，解决了触头过度劣化问题，避免了事故停机的发生。

3.3 西区1#、2#高炉泵站高配室实施情况

西区高炉水泵站电气柜是老式伊顿中置柜体，该设备额定容量充足，负荷相对较轻，运行电流不超过50 A，却因一次短路事故，造成系统性低电压，影响高炉生产。经过全面排查，发现该批电气柜遗留的部分安装缺陷，动静触头接触面积严重偏小，形成事故隐患点，在后续的排查中，又陆续发现4～6台同类情况的柜体。整改措施：对2 个泵站的高压电气柜进行全面改造，在静触头盒增加铜质垫块，延长动触头125 mm，增加接触面积70%，集中消除了该配电柜缺陷，保证了高炉泵站的安全运行。

3.4 高配室总体实施情况

经过对西区能中32 个高配室，640 多面电气高压开关柜的全面排查，共计1.5 万条弹簧，共处理中置式小车动触头触臂压紧弹簧问题350 多个点，约占总数的2.3%，消除了设备隐患，有力地保障了高压电气配电柜的稳定运行。

4 缺陷改进后的效果

经过对高压开关柜进行深入、全面的隐患排查，提高了高压开关柜运行的稳定性，进一步消除了由高压开关柜发热引发电气事故的隐患，对电力系统的稳定供电、减少事故危害，起到了明显的效果。

（1）大负荷高压开关柜运行温度稳定，温升控制在较低的水平（见表1）。

表1 2021年3月主要高配室电气设备温度监测数据 ℃

表1 数据表明，在环境温度为25 ℃ 附近时，最高温升为30 ℃，最低的仅为11 ℃。而2018 年、2019年同期值，干熄焦、烧结余热、炼钢站及铁前站设备结点最高温度均达到75 ℃ 以上，温升在50 ℃ 左右。两者相比较，目前的高压开关柜的运行状况得到明显改善，效果良好。

（2）高压开关柜故障次数减少，紧急停电停机处理故障的时间大幅降低（见表2）。

表2 近3年故障停电时间统计

5 结束语

钢铁企业电力供配电系统规模大，负荷集中度高，大量中置式高压柜的集中使用，使原本占比不超过2%的动静触头的缺陷，给系统的稳定运行带来重大影响。每年由动静触头缺陷引发的电力事故时有发生，造成的生产损失大。因此对于高压配电柜动静触头接触不良问题，需要从多方面、多手段、长时间地审视摸索，采取有效措施，为生产用电保驾护航。