摘要：随着电力系统的不断发展和设备技术的不断提高，10kV、35kV高压配电柜在电网系统中已得到大量使用。然而高压配电柜的温度过高现象已成为使用过程中的常见问题，由于高压配电柜体的密闭性，在满负荷的时候高压配电柜的温升超标，直接影响设备的安全稳定运行，而且，过热问题是一个不断发展的过程，如果不加以控制，过热程度会不断加剧，并对绝缘材料的性能及设备使用寿命产生很大的影响。本文主要介绍南沙水电厂10KV高压配电柜温度过高分析与处理方法。
关键词：高压配电柜 温度 母排
一、概述：
红河广源水电开发有限公司南沙水电厂处于红河（元江）干流上，在红河州的元阳县及建水县交界处，是《云南省红河干流梯级综合规划报告》推荐的12个梯级开发方案中的第9个梯级电站；两条出线110kV电压等级接入云南电网系统，电厂总装机容量为150兆瓦（3台50兆瓦机组）、水库总库容2.65亿m³，无调节库容，年设计发电量为7.0228亿千瓦时，2005年3月开工建设，2008年8月20日三台机组全部发电。10 kV高压配电柜内主要设备有：发电机出口断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器（CT）、电压互感器（PT）、10 kV母线以及控制回路元器件等设备（如下图所示，其中蓝色部分为10 kV高压配电柜内的设备）。
机组投产以来，10kV开关柜一直存在温度过高和电磁振荡声音较大问题，这是由于10kV开关柜处于完全密封状态，母排发热不能及时排出引起的，10kV母排为空气中运行的裸铜排，当机组带额定负荷50MW时（发电机的额定负荷为50MW，额定电流为3234.6A，额定电压为10.5kV。），温升尤为明显，箱体的外表温度可达100℃左右，母排最高温度已经达到120℃，明显超标。根据10kV高压柜国家标准GB/T11022-2011《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》中的相关规定（第4.5.2节），运行在空气中的裸铜排，环境温度不超过40℃时，允许的最大温升为50K，即最高温度不超过90℃。由此可见，由于10kV母排温度严重过热引起开关柜发热，同时加速了开关柜内绝缘材料以及其他电气设备的老化速度，降低设备运行可靠性。特别是丰水期间，三台机组同时发电的情况下，受到母排温度的影响，不得不降低机组负荷，影响了电厂的经济效益。本文主要针对10kV母排温度过高产生的原因、带来的不利影响、采取的措施等进行分析、探索、研究，并结合实际情况有针对性的进行改造，从而确保机组的安全稳定运行。
二、原因分析：
针对10kV开关柜温度过高和电磁涡流噪声较大问题，结合现场设备运行情况，对操作方法、母排紧固部件间歇测量、母排载流量计算、母排紧固部件连接处检查、配电室温度、铜排材质等多个方面进行分析讨论，决定从以下三个主要方面对其进行研究，以提高其运行可靠性：
1、根据电流与热量的理论原理，即
，只有分散开关柜汇流母排的电流负荷，才能大幅度降低母排运行电流所产生的热量。
2、发电机出口开关柜、变压器低压侧出线柜生产设计不合理，内部空间狭窄，断路器与互感器间距过小，运行中电流互感器形成的电磁涡流所产生的热量不能散发和外界冷空气形成有效循环，与断路器及其他柜内设备运行所产生的温度叠加后，加剧了柜体和柜内设备的温升，温度的传递性和开关柜金属的热传导性，使整个开关柜的运行温度剧烈上升。因此扩大两柜的内部空间、改变柜体外封闭形式、提高柜体内外冷热风循环，才能大幅度降低温升值。
3、柜内导流母排及设备运行电流是产生热量的重要源头，同时通电设备运行中所形成的电磁涡流所产生的热量是另一个源头。电磁涡流不仅产生了部分热量，同时还会产生分贝较高的噪音。因此，采取有效措施隔断就可以降低电磁涡流噪声。
三、处理方法：
针对10kV开关柜运行情况，为了减少其带来的不利影响，提高电厂的发电经济效益，需对10kV开关柜进行改造，首先，更换高含铜量的紫铜母线排，并对母线排接头处进行镀银压平处理，以达到减小母线排本身内阻及母线排接头接触电阻，以实现减小母线排运行中的发热量；其次，改变主母线排的走向，以实现降低开关柜内温度；再次，采用环氧树脂板材料将涡流回路隔断，消除涡流，避免涡流发热现象；最后，将部分高压柜背板改为网孔钢制护网，以加强柜内热流与外界冷风的平衡交换。改造流程如下：
1、现场10kV开关柜柜内主铜排型号为TMY-3（2×125×10）。将主铜排全部更换为高含铜量的紫铜母线排，安装前对其取样检测符合国家现执行的GB/T 5585.1-2005铜排标准。
2、10kV主母线排尽量不要从屏内穿越，这样可以降低屏柜发热量和电磁涡流噪声，具体走向如下：1#机组10kV开关柜共9个屏柜，正面从左至右排列分布如下：①、1AH 1#机励磁用PT/发电机进线柜，②、2AH 1#机测量用PT柜，③、3AH 1#机励磁变压器柜，④、4AH 1#机调速用PT柜，⑤、5AH 1#机断路器开关柜，⑥、6AH 1#厂用变压器柜，⑦、7AH 1#机母线测量用PT柜，⑧、8AH 接19AH隔离开关柜，⑨、9AH 1#主变压器低压侧隔离开关柜。
①、将1#机组共箱封闭母线接入1AH柜顶后，从2AH柜、3AH柜顶穿过，落在4AH柜，将4AH柜内铜母线更换，共箱母线与4AH柜内母线相连后进入5AH柜。
②、1AH柜内电流互感器需移出，移至柜顶；2AH柜、3AH柜内测量用电压互感器、励磁电流互感器柜顶母线断开，不直接相连，通过从4AH柜内母线接出一电缆（ZB-YJV-15kV-3×50型）与AH2、AH3柜母线相连。
③、将1#机组5AH柜母线从柜顶穿过，与加装共箱母线连接后，从6AH柜、7AH柜、8AH柜顶穿过，落在9AH柜，将9AH柜内铜母线更换，共箱母线与9AH柜内铜母线相连后，经过9AH柜内隔离开关与1TM共箱母线连接。
④、6AH柜、7AH柜、8AH柜与柜顶母线断开，不直接相连，通过从9AH柜内母线接出一电缆（ZB-YJV-15kV-3×50型）与AH6、AH7、AH8柜母线相连。
3、在屏柜内和屏柜之间多次采用环氧树脂板材料将涡流环路隔断，消除涡流，避免涡流发热现象。
4、运行期间，经检测其中5AH和9AH两个屏柜相对其他屏柜温度较高，所以将这两个高压柜背板改为网孔钢制护网，护网网孔安全防护等级为IP4。以加强柜内热流与外界冷风的平衡交换，实现柜体及柜内设备温度的大幅度降低，满足10kV高压设备的长效、稳定运行。
四、结论
南沙水电厂连续三年分别完成3台机组10kV开关柜的改造，在长时间满负荷运行的条件下对10kV开关柜进行相关测试，测试结果：母排运行温度在75℃以下，电磁振荡声音在50分贝以下，数据均在正常工作范围内，满足规程规范，为电厂机组高效、稳定、经济运行提供了可靠的保障。
参考文献:
[1] GB/T 11022-2011.高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求[S]
[2] 苗世洪.发电厂电气部分[M].第五版.中国电力出版社，2015.
[3] 银伟.小型水电站设备技术改造与安全管理[J].企业技术开发,2015,18:29-30.
论文作者:周占文
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/3
标签：母线论文; 柜内论文; 开关柜论文; 涡流论文; 温度论文; 高压论文; 机组论文; 《电力设备》2019年第2期论文;