低壓滅磁開關觸頭發熱分析及處理

高 雷 ，肖立軍

(神華國華太倉發電有限公司，江蘇太倉215433)

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

1事故發生經過

8號機組滅磁開關型號為AT40；技術參數為：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；開關絕緣等級為B級；生產廠家：日本三菱電機機電有限公司；投產日期2005.12.8；開關主觸頭采用銅鍍銀；開關柜操作方式為低壓抽屜開關。

事故發生時，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，勵磁室內溫度23℃，室內濕度70%。8∶20就地檢查發現8號機勵磁小間有異味，8∶30現場檢查滅磁開關，發現A相觸頭溫度高達158℃，B、C相溫度為69℃。隨即啟動相關事故預案，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組冷卻風扇強制冷卻滅磁開關觸頭溫度，并使用紅外成像儀持續監測開關溫度變化。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A相觸頭溫度降低至125℃。11∶13滅磁開關A相觸頭溫度突升，最高升至173℃，且溫度有繼續升高的趨勢。11∶34 8號機組手動解列停機。

2事故原因分析

2.1停機后滅磁開關柜檢查情況

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

（2）解體開關主觸頭滅弧室。A相滅弧柵內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，動靜觸頭接觸面發熱，觸頭發黑，A相靜觸頭觸指固定彈簧變色，觸指發熱變色。

2.2原因分析

該次事故直接原因為滅磁開關A相靜觸頭固定彈簧疲勞，彈性降低，靜觸頭觸指與開關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，累積電熱效應，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、接觸形式及化學腐蝕等。這些因素將會導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，膜電阻穩定在一個較小的數值。

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、材料的抗壓強度、材料的化學性能等。觸頭材料的電阻系數ρk越低，接觸電阻就越小。常用材料電阻系數與銅的比較如表1所示。

表1常用材料電阻系數與銅的比較

從表1可以看出銀的電阻系數小于銅，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，1/℃；θ為觸頭的溫度，℃。觸頭金屬材料的電阻溫度系數為1/℃，接觸電阻的電阻溫度系數為 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）會發生氧化作用。當溫度高于70℃時，銅觸頭氧化加劇，氧化銅的導電性能很差，使膜電阻急劇增加，因此，銅觸頭的允許溫升都是很低的。銀氧化后的導電率與純銀差不多，所以銀或鍍銀的觸頭工作很穩定。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生電解作用，引起觸頭的電化學腐蝕，使接觸電阻增加。

3開關觸頭發熱的危害

電力系統中，電氣設備與電氣設備、母線與母線、母線與設備連接的導體形成的可拆卸的電氣觸頭在實際運行中經常出現過熱故障。導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，發熱量（溫度）將相應增大，接觸電阻因熱效應而進一步增大，如此惡性循環，可能導致接觸部分燒熔，無法正常工作，甚至可能釀成重大火災事故。

4事故防范措施

（1）定期對滅磁開關進行紅外成像，及時發現設備異常現象，并及時處理；（2）每次停機檢修時對滅磁開關動靜觸頭進行檢查，發現觸頭鍍銀層磨損嚴重，應及時更換觸頭；（3）停機檢修時清理開關主觸頭氧化層及觸頭上灰塵以減小接觸電阻；（4）改善滅磁開關運行環境，降低開關運行環境溫度，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目、以減小接觸電阻，降低觸頭發熱；（6）對于容量不符合規定的開關應立即更換。

5結束語

低壓滅磁開關在配電系統中起著重要作用，如果由于日常維護及檢修不當，開關觸頭接觸電阻增大將會造成觸頭發熱，彈簧疲勞、老化，進而導致停機事故的發生。了解滅磁開關觸頭發熱的原因并在檢修和維護時采取適當的防范措施可以及時發現設備的異常現象并及時處理，可以避免因滅磁開關故障造成的經濟損失。因此在日常工作中應加強巡檢和檢修維護，尤其是觸頭容易發熱的部位，做到早發現早消除，采取相應的防范措施，杜絕事故發生。

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

[2]張 鈺，楊曉慧.2012年江蘇省電廠電氣一次設備紅外檢測及分析[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高壓開關設備和控制設備標準的共用技術需求[S].北京：中國標準出版社，2012.