高壓開關(guān)柜觸頭發(fā)熱原因分析及解決措施研究

摘要：高壓輸電線路的帶載能力主要取決于開關(guān)柜和電纜的額定工作電流。但是實(shí)際中由于大部分高壓開關(guān)柜采用小車式或中置式斷路器，經(jīng)常發(fā)生斷路器和開關(guān)柜之間動靜觸頭部位發(fā)熱的現(xiàn)象，影響線路的帶載能力，嚴(yán)重時還可能導(dǎo)致開關(guān)柜燒損等事故。本文結(jié)合實(shí)際，對高壓開關(guān)柜斷路器觸頭發(fā)熱的原因進(jìn)行分析，并提出應(yīng)對措施來提高設(shè)備的運(yùn)行安全。

關(guān)鍵詞：高壓開關(guān)柜;觸頭;發(fā)熱;原因分析;應(yīng)對措施

1觸頭發(fā)熱的主要原因分析和預(yù)防措施

1.1觸頭外側(cè)的緊固彈簧張緊力不足

由于材質(zhì)或安裝匹配不當(dāng)?shù)纫蛩兀瑢?dǎo)致觸頭外側(cè)的緊固彈簧張緊力不足，造成觸頭接觸電阻增大，引起觸頭發(fā)熱;觸頭發(fā)熱又引起彈簧發(fā)熱，使彈簧的張緊力進(jìn)一步下降，加劇觸頭發(fā)熱。對于這種因素引起的觸頭發(fā)熱，必須選用優(yōu)質(zhì)的觸頭和彈簧，并定期檢查彈簧的張緊力。

1.2觸頭和導(dǎo)電臂連接過松

斷路器的觸頭一般通過螺栓和導(dǎo)電臂進(jìn)行連接，在運(yùn)行中由于受到電動力等因素的影響，連接螺栓會發(fā)生松動，導(dǎo)致接觸電阻增加，使連接部分溫度上升，觸頭的溫度也會隨之上升，引起緊固彈簧發(fā)熱，長時間的溫升作用會使彈簧張緊力進(jìn)一步下降，導(dǎo)致觸頭發(fā)熱發(fā)黑。對于這種原因引起的觸頭發(fā)熱，必須在斷路器定期檢修時檢查觸頭的連接松動情況，將觸頭的連接緊固作為斷路器定期檢修的一項(xiàng)固定內(nèi)容來進(jìn)行。

1.3觸頭外側(cè)的緊固彈簧選用了磁性材料

根據(jù)需要，緊固彈簧必須選用非導(dǎo)磁材料制造，以避免在運(yùn)行中負(fù)荷電流在彈簧中產(chǎn)生渦流而發(fā)熱，發(fā)熱造成彈簧逐漸退火，緊固力越來越小，接觸電阻越來越大，從而導(dǎo)致觸頭發(fā)熱或燒損。對于這種因素引起的觸頭發(fā)熱，必須在開關(guān)柜采購或觸頭備件采購過程中明確提出觸頭彈簧必須選用非導(dǎo)磁材料，避免選材不當(dāng)。

1.4開關(guān)柜靜觸頭座與母排點(diǎn)接觸

某110kV變電所6kVI段母線進(jìn)線開關(guān)B相溫度高（A相44℃、B相78℃、C相48℃），通過負(fù)荷控制和增加通風(fēng)等措施，溫度有所下降，但無法根本解決問題，判斷為觸頭發(fā)熱，并停電處理。檢查后發(fā)現(xiàn)該開關(guān)柜靜觸頭座與母排的連接處燒損，測量該處直流電阻分別為A相18μΩ、B相185μΩ、C相22μΩ。拆下靜觸頭座后發(fā)現(xiàn)其與母排接觸處有4個燒損點(diǎn)，分析認(rèn)為是由于加工或裝配原因?qū)е麻_關(guān)柜靜觸頭座與母排點(diǎn)接觸，從而減小了接觸面、增大了接觸電阻，在負(fù)荷較大時導(dǎo)致靜觸頭座發(fā)熱燒損。檢修時對母排進(jìn)行了打磨處理，并更換了新的靜觸頭，檢修設(shè)備投運(yùn)后溫度監(jiān)測正常。對于這種因素引起的觸頭發(fā)熱，必須要求廠家提高加工精度和安裝工藝，必要時測量靜觸頭和母排之間的直阻。

1.5開關(guān)柜靜觸頭和斷路器動觸頭接觸不良

這種情況主要是由于安裝精度或加工精度達(dá)不符合要求造成靜觸頭位置不正造成動、靜觸頭點(diǎn)接觸等接觸不良現(xiàn)象，也有可能使用了不同型號的備用斷路器造成動、靜觸頭型號不配套等原因引起。這種情況，除要求廠家提高加工精度和安裝工藝外，必須選用配套的動、靜觸頭;如果在現(xiàn)場使用過程中需要使用不同型號的備用斷路器來代替原有斷路器時，必須保證動、靜觸頭接觸良好，并測量接觸電阻滿足要求。

1.6開關(guān)柜靜觸頭和斷路器動觸頭鍍銀層厚度不符合要求

為減小接觸電阻，提高動、靜觸頭的導(dǎo)電性能，大部分的開關(guān)柜靜觸頭和斷路器動觸頭都進(jìn)行了鍍銀處理，根據(jù)要求觸頭鍍銀層厚度要在9μm以上，但有案例發(fā)現(xiàn)有的廠家為了節(jié)省成本，鍍銀層厚度只有3μm～4μm，降低了觸頭的導(dǎo)電性能，在設(shè)備投運(yùn)一段時間后，由于觸頭的腐蝕和氧化等原因進(jìn)一步降低了其導(dǎo)電性能，容易出現(xiàn)觸頭發(fā)熱。對于這種情況可以要求廠家提供相關(guān)檢測報(bào)告，并在開關(guān)投運(yùn)或定期檢修時在觸頭處涂導(dǎo)電膏，防止氧化和利于散熱降溫。

2其他應(yīng)對措施分析

2.1防止開關(guān)觸頭接觸面氧化、臟污

開關(guān)柜的動觸頭是最容易發(fā)熱的部位，由于該部位接觸不良、臟污等原因，接觸電阻較大，在大電流情況下該處的熱功率很大，結(jié)果使接頭發(fā)熱嚴(yán)重，危及系統(tǒng)安全運(yùn)行。

2.2提高大容量開關(guān)柜的散熱性能

大容量的開關(guān)由于負(fù)載電流大，柜內(nèi)溫度高，如果散熱性能不好也容易引起開關(guān)觸頭溫度整體上升。對于這種情況引起的發(fā)熱，可以對開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究，通過改造隔板配置等措施來改變開關(guān)柜內(nèi)的風(fēng)道，提高散熱效果;對于未加裝排熱風(fēng)扇的大容量開關(guān)柜，可以在開關(guān)柜外殼上設(shè)計(jì)和增加風(fēng)扇。通過這些措施，可以有效提高開關(guān)柜的散熱效果，增加開關(guān)柜的實(shí)際帶載能力。

2.3加大手車觸頭預(yù)防性試驗(yàn)力度

由于電力負(fù)荷的不斷增加，為了提高開關(guān)柜綜合運(yùn)行效率，需要定期對開關(guān)柜觸頭進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，防止負(fù)荷突然劇烈增加，在開關(guān)柜觸頭部位形成較大的電流，導(dǎo)致觸頭劇烈發(fā)熱，引起其它附屬開關(guān)元件發(fā)生燒毀事故。在開關(guān)柜選型設(shè)計(jì)時，應(yīng)充分考慮電力負(fù)荷后期擴(kuò)容需求，并根據(jù)變電站工程特性選取高一等級的開關(guān)容量產(chǎn)品，盡量減小開關(guān)設(shè)備在運(yùn)行過程中由于容量不足引起觸頭發(fā)熱事故。應(yīng)該重視在預(yù)防性試驗(yàn)中所獲得的異常試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并通過多次試驗(yàn)后進(jìn)行詳細(xì)的分析研究，不能以某一次異常數(shù)據(jù)就進(jìn)行故障定性判斷。在檢修或試驗(yàn)完成后，應(yīng)該根據(jù)試驗(yàn)記錄認(rèn)真復(fù)原，防止人為失誤給開關(guān)設(shè)備留下巨大的安全漏洞。

2.4開關(guān)柜觸頭加裝無源無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)

由于開關(guān)柜觸頭位置隱蔽，正常運(yùn)行時難于提前發(fā)現(xiàn)觸頭發(fā)熱現(xiàn)象，往往要在開關(guān)燒損發(fā)生故障停電后才能發(fā)現(xiàn)。這不但擴(kuò)大了開關(guān)的損傷面積，而且會給生產(chǎn)帶來嚴(yán)重影響，因此，非常有必要對觸頭發(fā)熱進(jìn)行有效監(jiān)控。例如，在變電所等房所開關(guān)柜觸頭加裝無源無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效地監(jiān)測房所內(nèi)開關(guān)柜觸頭的溫度和發(fā)熱狀況。測溫監(jiān)控系統(tǒng)主要由裝在與斷路器觸頭連接的導(dǎo)電臂上的無源無線測溫探頭（每相一個探頭，探頭用不銹鋼片捆綁固定在導(dǎo)電臂上）以及安裝在開關(guān)室墻上的信號接收主機(jī)組成。主機(jī)上有大屏幕顯示器，可以對應(yīng)顯示每個開關(guān)柜每相觸頭的溫度，運(yùn)行人員可以在巡檢時方便查看該開關(guān)室的每個開關(guān)的觸頭溫度狀況，及時跟蹤觸頭的發(fā)熱情況，以便提前安排和消除開關(guān)觸頭的發(fā)熱故障。主機(jī)還具有通訊功能，可以接入遠(yuǎn)方監(jiān)控系統(tǒng)或能源中心，有利于站所的無人值守。

3結(jié)語

總而言之，在電力設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)行當(dāng)中，高壓開關(guān)柜觸頭發(fā)熱影響帶載能力，甚至開關(guān)柜、斷路器燒毀的現(xiàn)象屢見不鮮，因此需要針對實(shí)際情況采取相應(yīng)的措施防止觸頭發(fā)熱。希望未來有關(guān)的工作人員能夠更加深入地分析高壓開關(guān)柜觸頭發(fā)熱問題，以有效解決故障問題，促進(jìn)相關(guān)工作的順利開展。

參考文獻(xiàn)

[1]王春雷，卞海榮.金屬封閉高壓開關(guān)柜觸頭發(fā)熱機(jī)理分析及預(yù)防過熱故障措施探討[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2018，（33）.

[2]賀韡.高壓開關(guān)柜發(fā)熱分析與改善措施[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2018.

[3]鐘顯，胡洪武，劉芳，等.金屬封閉式開關(guān)柜發(fā)熱原因分析及對策探討[J].石河子科技，2019，（4）.

[4]原小永，解應(yīng)博.基于ZigBee的高壓開關(guān)柜溫度檢測報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].軟件導(dǎo)刊，2017，（10）.

作者簡介：王永剛（1995.5-），男，寧夏固原人? 單位：國網(wǎng)固原供電公司檢修分公司。