金属封闭高压开关柜发热原因分析以及预防措施

【摘要】 金属封闭高压开关柜高压开关柜是电网系统的重要电气设备，目前已大量应用于厂矿企业、电网系统，由于高压开关柜是较为密闭的整体设备，受现场环境条件限制及设备运行状况的影响，高压开关柜发热问题成为影响设备运行及人身安全的重要因素。笔者根据多年的设备制造、检修、运行工作经验，总结了高压开关柜发热的原因，针对性的进行了深入分析，强化预防措施，确保高压开关柜的制造、安装、运行质量

【关键词】：高压开关柜 发热 原因分析 预防措施

一、 引言

近年来，随着电网建设的快速发展和高压开关柜技术的不断完善，高压开关柜以其安全可靠、结构紧凑、占地省、操作方便等优点，在开闭站、小区配电室、变电站内广泛使用。其结构形式主要有箱型、间隔型、铠装型3种。娄底电业局管辖的85座变电站中，高压开关柜的使用多达1200多面。其所属的变电站内有10KV、35KV两种电压等级高压柜，有GG-1A、KYN1-12、KYN28-12、XGN2-35、JYN1-35、KYN61-40.5等多种开关柜型号，由于柜型号多、质量参差不齐、部分开关柜运行时间较长，设备老化严重，高压柜发热时有发生，有些甚至导致绝缘损坏，断路器爆炸。

二、开关柜发热原因分析

我们知道，在电路中，对一个电气连接点来说，热量是用Q=I2Rt表示的，其中Q是产生的热量，I是通过截面的电流，R是接头的电阻，t是时间。实际运行中的设备，不管应用哪种材料进行电力传输，都有材料值阻存在，在电流和电压的作用下，就会产生热损耗，但是，当某一接头的值阻过大，热量在这一部位集中，正常散热无法使热量快速消散，就会使热耗在这一点集中，使本部位的温度升高，当温升超过了设备或接头的允许温度值，就造成发热故障。运行中的电气设备经常发生发热现象，如不及时发现并处理就会引发严重的生产事故。

根据国家标准GB/T11022-2011《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》中的相关规定（第4.5.2节）：1. 空气中运行的裸铜排，环境温度不超过40℃时，允许有50K的温升，即不超过90℃。2. 空气中运行的镀锡铜排，环境温度不超过40℃时，允许有65K的温升，即不超过105℃。3. 空气中运行的镀银/镍铜排，环境温度不超过40℃时，允许有75K的温升，即不超过115℃。我们根据红外测温得知，运用中的高压柜往往存在温度频繁波动和温度超标现象。

根据高压开关柜结构特点，高压开关柜的一次设备分布在3个相互独立的隔室内，分别是母线室、断路器室和电缆室。按有关的规程要求，除实现电气连接、控制、通风而必须在隔板上开孔外，所有隔室呈封闭状态。在开关室内的主开关上一般有6个主插头，有18个流过负荷电流的连接点；在出线室有连接出线电缆的3个主接头与连接旁路刀闸的十几个接点。以上所说连接点直接流过负荷电流，当负荷较大时存在隐患的连接点就会发热。由于发热点在密封柜内，运行中的柜门禁止打开，值班人员无法通过正常的监视手段发现发热缺陷。发热严重时接头会变红甚至熔断，直接造成生产事故。

根据笔者多年实际工作经验，高压开关柜发热原因主要有。

2.1设备选型存在问题。

铜排质量原因或设计裕度选型偏小，导致铜排实际载流量小。容易导致母排发热。

2.2设备的质量存在问题，触头容量不足，导致发热

当设备的制作，装配存在问题，触头容量不足或接触不良时，该处局部温度升高，严重时烧断该处触头，引起停电事故。

2.3设备的制造、安装、连接工艺不当

断路器动静触头啮合深度不够，动触头触指弹簧压力不够，容易造成接触不良，引起触头发热。设备的安装工艺不当主要是施工质量问题，封闭式高压柜内小车式开关插嘴的位置与固定的插头位置如有偏差，开关推入后插头部分就可能接触不实，造成接触不良，引起触头发热。未按连接工艺要求，铜排搭接面有毛刺或搭接面偏小，以及紧固螺栓偏小，偏少，均能引起母排或电缆鼻子发热。

2.4涡流电流影响

设备母排穿越或靠近金属挡板时，存在涡流电流，导致金属板发热。进而影响设备运行环境温度，增加电能损耗。

2.5接头和设备线夹接触面氧化、脏污

接触面无论压接多紧，总有缝隙，长时间运行后，在接触面上会形成一层氧化膜，增大接头和线夹的接触电阻，，在大电流情况下该处的热功率很大，其结果是发热严重，加剧接触面氧化，形成恶性循环，发展到一定阶段后，则会造成严重的故障，破坏系统稳定运行。

2.6负荷突变

负荷的变化会影响设备的温度，正常的负荷变化引起的温度升高不会超过规定值。如果负荷增加的较多时，或者受到短路电流冲击后，设备的薄弱环节就会发热，如触头部位。发热后触头材料的机械强度、物理性能下降，导致触头的弹性老化、接触不良。造成触头发热。

2.7 设备变形老化

随着电网改造的进一步深入，新材料、新工艺、新设备大量在电网中推广应用，设备的健康水平也有了明显提高，但是仍有很多老旧设备还在运行。因此设备的质量与新旧程度参差不齐，也是发生问题的重要原因，老旧设备接头发热发生的几率普遍较高。

三、预防发热事故的措施及方法

探明密封的高压柜发热原因后，降低故障点温度并非难事，可采取相应措施，如：强化设计深度，加强设备选型或选型复核，加强订货技术协议，加强进厂监造，实行检修人员责任制，更新老旧设备，增加铜排截面积，改进接头的连接、安装工艺，在形成涡流电流的地方采用开口铝板或磁通密度很低的不锈钢板，采取强制通风冷却，改善环境温度等，可以大大减少发热事故，但是从目前的设备状况看要想完全避免发热事故也是不现实的。于是希望通过监视的方法，提前发现开关柜内设备接头发热的迹象，以便采取措施，防止出现恶性事故。

3.1密封高压开关柜内的触头发热是生产中的难题，目前采取的措施方法。

许多母线以及开关处于高电位，目前国内专门用于高压母线、高压开关及触点发热测量的仪器还很少。温度监测的方法，一种是在高压电接触表面涂一层颜色随温度变化的发光材料，通过观察其颜色变化来大致确定温度范围，这种方法准确度低、可靠性差，不能进行定量测量；另外一种方法是利用辐射特性的红外热像仪，准确度较高，但由于需要光学器件，在高压开关柜等特定场合使用不太方便，而且价格较高，推广应用有一定困难。更重要的是以上两种方式都需要人工进行巡查，不能实时得到温度数据，所得到的数据永远是滞后的，无法在第一时间判断开关柜内有无触头发热故障，起不到温度实时报警功能。而有线通讯方式的电子仪表不符合电力高压环境测量仪表规范。因此应寻找一种更科学的方法。

3.2预防封闭柜触头发热事故的新方法

长期以来，高压开关柜内触头运行温度很难监测，无法进行人工巡查测温。这是因为柜内具有高压，且空间狭小，通常的温度测量方法不能使用。随着传感器技术、信号处理技术和人工智能技术的迅猛发展，使得对高压开关柜实施在线测温成为可能，因此实现温度在线监测是保证高压开关柜安全运行的重要手段。

3.2.1光纤光栅测温系统

光纤光栅测温系统由光纤光栅温度传感器、单模光缆（用于远距离信号传输）、光纤光栅传感网络分析仪及计算机等终端监测设备组成。系统工作时，光纤光栅传感网络分析仪内部光源发出连续的宽带光，经光缆传输到监测现场布设的光纤光栅温度传感器，这些传感器内部的测量敏感元件光纤光栅对该宽带光有选择地反射回相应的一个窄带光，经同一传输光缆返回到光纤光栅传感网络分析仪内部探测器来测定出各个传感器所返回的不同窄带光的中心波长，从而解析出各监测点的温度值。由于多个传感器所返回的窄带光信号中心波长范围不同，所以可以将这些传感器串接组网实现多点同时测量，大大简化了传感器及引出线的布设，避免了以往逐点测量的不便。光纤光栅信号处理器采用国际最先进地数字化解调技术，具有大容量实时在线信号采集处理和自检功能；监控计算机用户组态画面，可生动地显示传感器运行状况；系统可以综合各种安全监控参数，进行分析，有利于及时发现事故苗头，及时安全控制，实现生产和安全的双重监控功能。

3.2.2光纤光栅传感器介绍

光纤光栅传感器是用光纤光栅制成的一种新型光纤传感器。光纤光栅是20世纪90年展起来的一种新型全光纤无源器件，利用光纤光栅制成多种传感器如温度、应变、应力、加速度、压强等传感器。不同的光纤光栅传感器可具有不同的工作波长，因此可以利用波分复用技术，在一根光纤级联多个光纤光栅传感器作分布式测量。它具有体积小、重量轻、与光纤兼容、插入损耗低、性能长期稳定性好等特点，特别是光纤光栅固有的绝缘性和抗电磁场干扰性能，并具有极高的可靠性和安全性，适合在易燃，易爆，和强电磁等恶劣环境下使用。

四、结论

开关柜在长期运行过程中常出现连接部位紧固螺栓松动、安装工艺不当、负荷突变、接点氧化等原因，都会造成设备过热甚至出现严重事故。只有通过测温装置对开关柜进行实时监测，加强设备巡视，才能遏制发热故障的进一步扩大，确保安全生产。

参考文献：

[1] GB/T11022-2011《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》

[2] DL/T404-1997《户内交流高压开关柜订货技术条件》

[3]宋丽娟.高压开关柜在线测温的必要性及测温方式方法