低壓滅磁開關(guān)觸頭發(fā)熱分析及處理

高 雷 ，肖立軍

(神華國華太倉發(fā)電有限公司，江蘇太倉215433)

低壓抽屜式開關(guān)柜具有操作簡單、動作安全可靠、檢修維護方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠及變電所。在日常運行過程中，由于其獨特的結(jié)構(gòu)，觸頭接觸面不能有效接觸、接觸電阻過大、靜觸頭彈簧老化、周圍運行環(huán)境溫度高等因素都有可能造成開關(guān)柜出現(xiàn)觸頭發(fā)熱，導(dǎo)致開關(guān)電氣性能下降，供電可靠性降低。開關(guān)柜觸頭發(fā)熱會逐步成為安全隱患，造成開關(guān)柜內(nèi)電氣設(shè)備元件發(fā)生變性扭曲、燒毀等嚴重事故，甚至引起配電系統(tǒng)大范圍停電，直接影響到企業(yè)的安全生產(chǎn)[1，2]。下面以國華太電8號機組滅磁開關(guān)主觸頭受熱燒損引起機組停機為例，分析了低壓滅磁開關(guān)觸頭發(fā)熱的原因，并提出了預(yù)防和處理措施。

1事故發(fā)生經(jīng)過

8號機組滅磁開關(guān)型號為AT40；技術(shù)參數(shù)為：額定電壓880 V、最大1000 V交流；額定電流4000 A，最大開斷電流65 kA；開關(guān)絕緣等級為B級；生產(chǎn)廠家：日本三菱電機機電有限公司；投產(chǎn)日期2005.12.8；開關(guān)主觸頭采用銅鍍銀；開關(guān)柜操作方式為低壓抽屜開關(guān)。

事故發(fā)生時，機組負荷為500 MW，無功功率50 MV·A，勵磁電壓271 V，勵磁電流2895 A，定子電流14 825 A，勵磁室內(nèi)溫度23℃，室內(nèi)濕度70%。8∶20就地檢查發(fā)現(xiàn)8號機勵磁小間有異味，8∶30現(xiàn)場檢查滅磁開關(guān)，發(fā)現(xiàn)A相觸頭溫度高達158℃，B、C相溫度為69℃。隨即啟動相關(guān)事故預(yù)案，采取降低勵磁電流控制溫度的措施，手動將機組無功由59.5 Mvar降至15.5 Mvar，勵磁電流由2 892 A降至2 740 A。就地加裝2組冷卻風(fēng)扇強制冷卻滅磁開關(guān)觸頭溫度，并使用紅外成像儀持續(xù)監(jiān)測開關(guān)溫度變化。申請退出8號機組AGC，降低有功負荷，將機組負荷由528 MW降低并保持在負荷450 MW。9∶44紅外成像儀顯示滅磁開關(guān)A相觸頭溫度降低至125℃。11∶13滅磁開關(guān)A相觸頭溫度突升，最高升至173℃，且溫度有繼續(xù)升高的趨勢。11∶34 8號機組手動解列停機。

2事故原因分析

2.1停機后滅磁開關(guān)柜檢查情況

（1）外觀檢查。滅磁開關(guān)防護面板A相發(fā)熱變色,滅弧柵處發(fā)熱，B、C相完好無損。滅磁開關(guān)A相動觸頭塑料保護罩熔化，三相接觸面長度一致

（2）解體開關(guān)主觸頭滅弧室。A相滅弧柵內(nèi)有塑料保護罩熔解物，A相主觸頭正常，B、C相滅弧柵及主觸頭均正常。

（3）解體靜觸頭及靜觸頭觸指。A相部分靜觸頭觸指固定彈簧疲勞，彈簧壓力降低，接觸電阻變大，動靜觸頭接觸面發(fā)熱，觸頭發(fā)黑，A相靜觸頭觸指固定彈簧變色，觸指發(fā)熱變色。

2.2原因分析

該次事故直接原因為滅磁開關(guān)A相靜觸頭固定彈簧疲勞，彈性降低，靜觸頭觸指與開關(guān)動觸頭接觸壓力減小，接觸電阻增大，在工作電流（2800 A）流過時，因接觸電阻增大，接觸面發(fā)熱，又促使靜觸頭固定彈簧逐步疲勞惡化，彈性逐步降低，并進一步增大接觸電阻，惡性循環(huán)，累積電熱效應(yīng)，最終造成A相觸頭過熱，觸指部分燒損。

接觸電阻增加是影響觸頭發(fā)熱的主要原因，而影響接觸電阻的因素有接觸壓力、觸頭材料、觸頭溫度、觸頭表面情況、接觸形式及化學(xué)腐蝕等。這些因素將會導(dǎo)致動靜觸頭接觸電阻增大，觸頭接觸面溫度升高，靜觸頭壓緊彈簧長期處于高溫下產(chǎn)生疲勞、老化。

2.2.1接觸壓力的影響

接觸壓力對接觸電阻的影響最大，當接觸壓力很小時，其微小的變化都會使接觸電阻值產(chǎn)生很大的波動。增大接觸壓力，可將氧化膜壓碎，使膜電阻減小，但是壓力增大到一定程度后，膜電阻穩(wěn)定在一個較小的數(shù)值。

2.2.2觸頭材料的影響

觸頭材料對接觸電阻的影響主要決定于觸頭材料的電阻系數(shù)、材料的抗壓強度、材料的化學(xué)性能等。觸頭材料的電阻系數(shù)ρk越低，接觸電阻就越小。常用材料電阻系數(shù)與銅的比較如表1所示。

表1常用材料電阻系數(shù)與銅的比較

從表1可以看出銀的電阻系數(shù)小于銅，但銀比銅價格貴，所以常采用銅鍍銀或鑲銀的辦法，以減小接觸電阻。

2.2.3觸頭溫度的影響

觸頭的接觸電阻與它本身的金屬電阻一樣，也受溫度的影響，隨著觸頭溫度的升高，接觸電阻增加。由試驗得知，接觸電阻Rj與溫度之間的關(guān)系式為：

式中：Rjo為觸頭在0℃時的接觸電阻，Ω；α0為觸頭材料的電阻溫度系數(shù)，1/℃；θ為觸頭的溫度，℃。觸頭金屬材料的電阻溫度系數(shù)為1/℃，接觸電阻的電阻溫度系數(shù)為 2/3 α0，后者比前者小 1/3 α0，這是由于接觸處溫度升高后，材料硬度有所降低，有效接觸面積增大，導(dǎo)致溫度增加時接觸電阻的增加比金屬材料電阻的增加要小一些。實際上，因為溫度升高會加劇氧化，所以，溫度對接觸電阻的影響要大些。

參考 GB1984—2003[3]及 GB/T 11022—2011[4]，在周圍空氣溫度不超過40℃，斷路器觸頭最高運行溫度不應(yīng)超過以下溫度值：當觸頭材料為裸銅或祼銅合金時，在空氣中不超過35℃，即最高溫度不超過75℃。當觸頭表面鍍銀或鍍鎳時，在空氣中不超過65℃，即最高溫度不超過105℃。當溫度超過規(guī)定值時，觸頭會加劇劣化。

2.2.4觸頭表面情況的影響

（1）觸頭表面氧化膜的影響。暴露在空氣中的接觸面（除鉑和金外）會發(fā)生氧化作用。當溫度高于70℃時，銅觸頭氧化加劇，氧化銅的導(dǎo)電性能很差，使膜電阻急劇增加，因此，銅觸頭的允許溫升都是很低的。銀氧化后的導(dǎo)電率與純銀差不多，所以銀或鍍銀的觸頭工作很穩(wěn)定。為了減小接觸面的氧化，可以將觸頭表面搪錫或鍍銀，以獲得較穩(wěn)定的接觸電阻。

（2）觸頭表面清潔狀況的影響。當觸頭的壓力較小時，觸頭表面的清潔度對接觸電阻影響較大，隨著壓力的增加，這種影響逐漸減小。

（3）觸頭表面的電化學(xué)腐蝕。采用不同的金屬作觸頭時，由于兩金屬接觸處有電位差，當濕度大時，在觸頭對接觸處會發(fā)生電解作用，引起觸頭的電化學(xué)腐蝕，使接觸電阻增加。

3開關(guān)觸頭發(fā)熱的危害

電力系統(tǒng)中，電氣設(shè)備與電氣設(shè)備、母線與母線、母線與設(shè)備連接的導(dǎo)體形成的可拆卸的電氣觸頭在實際運行中經(jīng)常出現(xiàn)過熱故障。導(dǎo)電的金屬材料如果長期處在高溫下，則會退火軟化，機械強度下降；有機絕緣材料若長期受到高溫作用，則會逐漸變脆、老化、失去彈性，以致絕緣性能下降、壽命縮短；導(dǎo)體接觸表面溫度若過高，則會強烈氧化，接觸電阻將增加，彈簧接觸部分的彈性元件退火，壓力降低，有效接觸面積減小，當負荷電流增大時，發(fā)熱量（溫度）將相應(yīng)增大，接觸電阻因熱效應(yīng)而進一步增大，如此惡性循環(huán)，可能導(dǎo)致接觸部分燒熔，無法正常工作，甚至可能釀成重大火災(zāi)事故。

4事故防范措施

（1）定期對滅磁開關(guān)進行紅外成像，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常現(xiàn)象，并及時處理；（2）每次停機檢修時對滅磁開關(guān)動靜觸頭進行檢查，發(fā)現(xiàn)觸頭鍍銀層磨損嚴重，應(yīng)及時更換觸頭；（3）停機檢修時清理開關(guān)主觸頭氧化層及觸頭上灰塵以減小接觸電阻；（4）改善滅磁開關(guān)運行環(huán)境，降低開關(guān)運行環(huán)境溫度，必要時采取強制冷卻方式進行冷卻；（5）必要時增加接觸點數(shù)目、以減小接觸電阻，降低觸頭發(fā)熱；（6）對于容量不符合規(guī)定的開關(guān)應(yīng)立即更換。

5結(jié)束語

低壓滅磁開關(guān)在配電系統(tǒng)中起著重要作用，如果由于日常維護及檢修不當，開關(guān)觸頭接觸電阻增大將會造成觸頭發(fā)熱，彈簧疲勞、老化，進而導(dǎo)致停機事故的發(fā)生。了解滅磁開關(guān)觸頭發(fā)熱的原因并在檢修和維護時采取適當?shù)姆婪洞胧┛梢约皶r發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常現(xiàn)象并及時處理，可以避免因滅磁開關(guān)故障造成的經(jīng)濟損失。因此在日常工作中應(yīng)加強巡檢和檢修維護，尤其是觸頭容易發(fā)熱的部位，做到早發(fā)現(xiàn)早消除，采取相應(yīng)的防范措施，杜絕事故發(fā)生。

[1]劉宇卿，王德勝.電氣設(shè)備過熱的原因與對策[J].電氣應(yīng)用，2008（24）：38-41.

[2]張 鈺，楊曉慧.2012年江蘇省電廠電氣一次設(shè)備紅外檢測及分析[J].江蘇電機工程，2013，32（04）：66-69.

[3]GB1984—2003高壓交流斷路器[S].北京：中國標準出版社，2003.

[4]GB/T 11022—2011高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標準的共用技術(shù)需求[S].北京：中國標準出版社，2012.