高壓開關柜的實際溫升及發(fā)熱解決措施

張發(fā)軍，潘亞培，李桂芹

（河南森源電氣股份有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引 言

作為供配電企業(yè)經(jīng)常使用的變配電組成設備，高壓開關柜的作用非常大。但是，日常使用高壓開關柜時，觸頭位置極易出現(xiàn)安全事故，引發(fā)事故的原因包括松動的觸頭接觸、老化的開關彈簧以及較差的外部環(huán)境等，進而導致高壓開關柜內(nèi)部出現(xiàn)較高的溫度，造成開關設備高溫后變形及絕緣件老化，絕緣性能降低。一旦高壓開關柜出現(xiàn)發(fā)熱問題，供電系統(tǒng)不僅無法可靠地進行供電，而且供電企業(yè)的經(jīng)濟效益將受到嚴重的損壞。因此，應當制定預防和實施處理措施，提高高壓開關柜的安全性，進而提高供電企業(yè)供電的可靠性和安全性[1]。

1 高壓開關柜實際溫升監(jiān)測

當電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)供電量不斷增加時，溫升超標的現(xiàn)象會不斷出現(xiàn)。一旦高壓開關柜出現(xiàn)溫升超標情況[2]，不僅會損壞絕緣件的使用壽命，而且無法為電網(wǎng)提供安全可靠的供電環(huán)境。本文對我國生產(chǎn)的的高壓開關柜和合資生產(chǎn)的高壓開關柜進行運行數(shù)據(jù)采集，并分析和研究產(chǎn)生溫超的原因。

1.1 國產(chǎn)KYN開關柜

將某變電站使用的KYN28-12型的開關柜作為分析對象。該高壓開關柜內(nèi)，配置的斷路器型號為VD4。測量高壓開關柜運行實際溫升時發(fā)現(xiàn)，在室外12 ℃時，主母排出現(xiàn)的最高溫度在98 ℃，而實際溫升應為86 ℃，根據(jù)強制性標準規(guī)定，溫升最高溫度應為65K，該高壓開關柜溫升已經(jīng)超過強制標準21K。為解決出現(xiàn)的超過溫度，在高壓開關柜內(nèi)配置通風系統(tǒng)，并使用大規(guī)格的母線，有效地降低實際溫升幅度。對該電站其他KYN型高壓開關柜進行溫升測量時，在不同型號的高壓開關柜內(nèi)部，升溫數(shù)據(jù)有明顯的差異。

1.2 國產(chǎn)JYN開關柜

將某電站使用的JYN1-10型開關柜作為分析對象，將高壓開關柜箱體的外表面作為溫升測量位置。測量過程中發(fā)現(xiàn)，該型號的高壓開關柜，如果負荷升高，則溫升的值越大。若負荷在2 000 A，溫升在49 K，超過強制標準30 K。若負荷低于1 300 A，該型號高壓開關柜溫升在強制標準以下。

1.3 合資8BK20開關柜

將某電站使用的合資8BK20開關柜作為分析對象，主要測量母線和箱體外表面的溫升情況。測量過程中發(fā)現(xiàn)，在低負荷運行狀態(tài)下，雖然沒有出現(xiàn)溫升超過強制標準的情況，但是溫升值已經(jīng)接近強制標準。這證明該類型高壓開關柜在運行時，會出現(xiàn)嚴重的溫升超標情況。

2 高壓開關柜手車觸頭發(fā)熱的危害

作為電力企業(yè)重要的電氣設備，高壓開關柜為發(fā)電、輸電以及供配電提供支持。同時，高壓開關柜是一次核心電氣設備，使用時一旦出現(xiàn)設備故障，電網(wǎng)系統(tǒng)將無法可靠地供電。高壓開關柜運行過程中，設備出現(xiàn)溫升超標進而引發(fā)發(fā)熱故障的主要原因是觸頭松動、接觸不良。如果高壓開關柜出現(xiàn)溫升及發(fā)熱故障，將會損壞電氣設備，維修時不僅需要較長的時間，而且需要大量的資金，造成企業(yè)嚴重的經(jīng)濟損失。

高壓開關柜內(nèi)手車觸頭出現(xiàn)發(fā)熱情況是長時間運行導致的。在電流長期的作用下，產(chǎn)生的熱效應會加劇溫升。若觸頭的溫升已經(jīng)超過絕緣設備的臨界值，絕緣設備會出現(xiàn)損壞情況，引發(fā)接地或相間短路，甚至斷路器、電流互感器爆炸等嚴重的事故。同時，發(fā)生的事故也會引起相鄰設備發(fā)生故障，直至整個電網(wǎng)無法可靠地供電。

通常，在高壓開關柜內(nèi)連接的手車觸頭是通過銅排完成的，而銅排的傳熱性能較為突出，高壓開關柜運行時銅排會吸收產(chǎn)生的熱量，導致高壓開關柜使用的觸頭無法正常地開閉。一旦觸頭出現(xiàn)溫升破壞情況，對高壓開關柜的維修和護理將十分復雜，且無法保證高壓開關柜的電氣性能會恢復到原來的水平。

3 手車觸頭發(fā)熱原因

3.1 開關容量設計及日常運行故障問題

設計開關容量的過程中，設計人員對系統(tǒng)容量計算過小，導致觸頭選擇太小，觸頭在實際負荷的作用下會出現(xiàn)溫升超標問題。安裝觸頭時，由于缺乏嚴格的安裝標準，動、靜觸頭間的接觸面積過小，通過該區(qū)域的有效電阻較大，觸頭局部出現(xiàn)溫升情況。此外，高壓開關柜內(nèi)的開關無法按照開關操作標準進入到指定位置，觸頭間出現(xiàn)孔隙，電流通過該位置時會在局部出現(xiàn)放電情況，進而產(chǎn)生嚴重的升溫發(fā)熱情況。

3.2 人為原因

正常檢修開關柜時，因檢修人員缺乏責任心，檢修時沒有按照要求連接和安裝螺栓，導致接觸面電阻增加。當大負荷設備啟動和運行時，產(chǎn)生的電流會強烈地沖擊開關觸頭，在接觸不良的開關觸頭位置會異常發(fā)熱。

3.3 負荷劇變

選擇開關型號時，通常按照系統(tǒng)容量對開關設備進行動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定校驗。但是，部分電力企業(yè)沒有根據(jù)系統(tǒng)容量或者不通過分析估算，將大功率設備配置在系統(tǒng)內(nèi)，大功率設備在啟動和運行過程中產(chǎn)生的強大電流會沖擊開關設備，直至開關觸頭電氣性能無法滿足使用需求，觸頭出現(xiàn)發(fā)熱導致設備損壞[5]。

3.4 老設備系統(tǒng)匹配性能差

部分電力企業(yè)進行電氣設備升級改造時，受到資金短缺的影響，許多老設備依然使用。由于老設備系統(tǒng)匹配性能差，新設備無法與老設備匹配，使開關觸頭出現(xiàn)發(fā)熱問題。

3.5 環(huán)境條件因素

外部環(huán)境存在灰塵，灰塵進入到開關內(nèi)部后會停留在開關觸頭上，開關操作時會因灰塵出現(xiàn)接觸不良。此外，外部環(huán)境會阻礙開關設備的散熱，高壓開關柜內(nèi)部熱量無法有效地散出，致使觸頭出現(xiàn)發(fā)熱問題。

3.6 材料因素

使用不同的金屬材料，材料的膨脹效應會有明顯的差異。我國使用較為廣泛的開關觸頭為銅質(zhì)，具有較高的膨脹系數(shù)。開關設備實際工作時，在負荷或者溫度的影響下，會使銅質(zhì)材料收縮和膨脹產(chǎn)生應力作用。材料在應力作用下會出現(xiàn)緩慢的塑性變形。相關研究發(fā)現(xiàn)，若在接頭位置產(chǎn)生80 ℃以上的高溫，材料會發(fā)生膨脹，致使接觸位置出現(xiàn)電阻增加。

4 手車觸頭發(fā)熱的預防處理措施

當無法保證高壓開關柜觸頭100%的連接時，維修和保養(yǎng)開關設備過程中，可通過如下措施，盡量降低事故發(fā)生率，減少事故對供電造成的影響[3]。

4.1 日常運行檢修

日常運行維修過程中，維修人員應定期對開關動、靜觸頭的穩(wěn)定性進行檢查，同時觀察外觀的顏色是否發(fā)生變化。此外，對觸頭間的彈性性能進行檢查，同時檢查光滑性是否符合標準。完成設備檢修后，在開關動、靜觸頭位置涂抹導電膏，提升觸頭的導電能力，降低電流通過開關觸頭的電阻，預防觸頭出現(xiàn)發(fā)熱情況。設備正常運行過程中，使用紅外溫度測試儀對開關觸頭和銅排溫度進行檢測，并根據(jù)溫度調(diào)整負荷對檢測出故障的設備進行維修。

4.2 預防性試驗

通過預防性試驗對高壓開關柜內(nèi)設備進行定期檢測，并按照試驗步驟檢測設備性能。一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，應根據(jù)歷史數(shù)據(jù)做出判斷，并全面地分析異常數(shù)據(jù)的原因。完成試驗后，檢查開關柜內(nèi)各個連接點是否連接正常，保證設備是在安全情況下投入使用[4]。

4.3 在線檢測技術

利用在線檢測技術對設備進行檢查，對開關柜內(nèi)觸頭、銅排以及附屬元件等進行實時測溫，通過網(wǎng)絡通信設備將收集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控計算機內(nèi)。如果觸頭溫度超過強制標準，通過報警系統(tǒng)發(fā)出警報，提示檢測人員對問題區(qū)域進行檢測[6]。

5 結(jié) 論

作為供電企業(yè)重要的變配電設備，對高壓開關柜設備的日常檢測十分重要。通過日常檢修、預防性試驗以及在線檢測技術等，可以對開關觸頭發(fā)熱引發(fā)的安全事故進行預防，進而提高供電的穩(wěn)定性，保證供電企業(yè)獲得良好的經(jīng)濟效益。