高壓開關柜的實際溫升及發熱解決措施

張發軍，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

作為供配電企業經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，觸頭位置極易出現安全事故，引發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境等，進而導致高壓開關柜內部出現較高的溫度，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發熱問題，供電系統不僅無法可靠地進行供電，而且供電企業的經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，進而提高供電企業供電的可靠性和安全性[1]。

1 高壓開關柜實際溫升監測

當電網系統內供電量不斷增加時，溫升超標的現象會不斷出現。一旦高壓開關柜出現溫升超標情況[2]，不僅會損壞絕緣件的使用壽命，而且無法為電網提供安全可靠的供電環境。本文對我國生產的的高壓開關柜和合資生產的高壓開關柜進行運行數據采集，并分析和研究產生溫超的原因。

1.1 國產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，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現，在室外12 ℃時，主母排出現的最高溫度在98 ℃，而實際溫升應為86 ℃，根據強制性標準規定，溫升最高溫度應為65K，該高壓開關柜溫升已經超過強制標準21K。為解決出現的超過溫度，在高壓開關柜內配置通風系統，并使用大規格的母線，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部，升溫數據有明顯的差異。

1.2 國產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。測量過程中發現，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。測量過程中發現，在低負荷運行狀態下，雖然沒有出現溫升超過強制標準的情況，但是溫升值已經接近強制標準。這證明該類型高壓開關柜在運行時，會出現嚴重的溫升超標情況。

2 高壓開關柜手車觸頭發熱的危害

作為電力企業重要的電氣設備，高壓開關柜為發電、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，使用時一旦出現設備故障，電網系統將無法可靠地供電。高壓開關柜運行過程中，設備出現溫升超標進而引發發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溫升及發熱故障，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，造成企業嚴重的經濟損失。

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

通常，在高壓開關柜內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，通過該區域的有效電阻較大，觸頭局部出現溫升情況。此外，高壓開關柜內的開關無法按照開關操作標準進入到指定位置，觸頭間出現孔隙，電流通過該位置時會在局部出現放電情況，進而產生嚴重的升溫發熱情況。

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熱。

3.3 負荷劇變

選擇開關型號時，通常按照系統容量對開關設備進行動穩定和熱穩定校驗。但是，部分電力企業沒有根據系統容量或者不通過分析估算，將大功率設備配置在系統內，大功率設備在啟動和運行過程中產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，觸頭出現發熱導致設備損壞[5]。

3.4 老設備系統匹配性能差

部分電力企業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。由于老設備系統匹配性能差，新設備無法與老設備匹配，使開關觸頭出現發熱問題。

3.5 環境條件因素

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

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，具有較高的膨脹系數。開關設備實際工作時，在負荷或者溫度的影響下，會使銅質材料收縮和膨脹產生應力作用。材料在應力作用下會出現緩慢的塑性變形。相關研究發現，若在接頭位置產生80 ℃以上的高溫，材料會發生膨脹，致使接觸位置出現電阻增加。

4 手車觸頭發熱的預防處理措施

當無法保證高壓開關柜觸頭100%的連接時，維修和保養開關設備過程中，可通過如下措施，盡量降低事故發生率，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、靜觸頭的穩定性進行檢查，同時觀察外觀的顏色是否發生變化。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，預防觸頭出現發熱情況。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，并根據溫度調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設備進行定期檢測，并按照試驗步驟檢測設備性能。一旦發現異常情況，應根據歷史數據做出判斷，并全面地分析異常數據的原因。完成試驗后，檢查開關柜內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，對開關柜內觸頭、銅排以及附屬元件等進行實時測溫，通過網絡通信設備將收集的數據傳輸到監控計算機內。如果觸頭溫度超過強制標準，通過報警系統發出警報，提示檢測人員對問題區域進行檢測[6]。

5 結 論

作為供電企業重要的變配電設備，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，可以對開關觸頭發熱引發的安全事故進行預防，進而提高供電的穩定性，保證供電企業獲得良好的經濟效益。