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福州杜邦電氣有限公司（350009）  許一聲

【摘  要】  對國產(chǎn)JYN、KYN手車柜和合資廠生產(chǎn)的8BK20開關(guān)柜的實際溫升數(shù)據(jù)進行分析后發(fā)現(xiàn)，運行中開關(guān)柜的溫升水平均超過型式試驗測得數(shù)據(jù)。然后，從試驗條件、金屬膨脹效應、堅固螺栓壓力、導體材料電導率等方面進一步分析了溫升超標的原因。最后提出建議，應根據(jù)實際情況選用和維護開關(guān)柜，安裝溫度監(jiān)控裝置。

【關(guān)鍵詞】  開關(guān)柜  溫升  型式試驗  故障案例  技術(shù)措施

隨著電網(wǎng)的發(fā)展和設備技術(shù)的提高，10,35kV系統(tǒng)開關(guān)柜在電網(wǎng)中已大量使用。而開關(guān)柜的內(nèi)部過熱現(xiàn)象已成為開關(guān)柜使用中的常見問題，由于開關(guān)柜體的密閉性，在一些負荷較重的地區(qū)，存在開關(guān)柜的溫升超標問題。

開關(guān)柜的溫升超標，直接影響設備的安全穩(wěn)定運行，而且，過熱問題是一個不斷發(fā)展的過程，如果不加以控制，過熱程度會不斷加劇，并對絕緣件的性能及設備壽命產(chǎn)生很大的影響。

目前，對電力系統(tǒng)內(nèi)部使用的開關(guān)柜，嚴格遵守設備采購程序及技術(shù)政策，確保入網(wǎng)的開關(guān)柜都通過型式試驗，尤其對溫升的要求比較嚴格。運行中，負荷通常都不會達到開關(guān)柜的設計滿容量，開關(guān)柜的溫升問題應該不會很突出，但是實際情況并不盡然。

1  開關(guān)柜實際溫升數(shù)據(jù)分析

1.1  國產(chǎn)JYN手車柜

某變電站2臺同型號、同參數(shù)的10kV主變開關(guān)柜的實測溫升與負荷關(guān)系的統(tǒng)計。開關(guān)柜為福建某開關(guān)廠生產(chǎn)，JYN1-10型。測試溫度為開關(guān)柜箱體的外表溫度。

數(shù)據(jù)顯示，隨著負荷的增加，開關(guān)柜的溫升迅速加快。當負荷接近1900A（約為開關(guān)柜額定電流2500A的76%），溫升尤為明顯，最大達47℃，已經(jīng)不符合標準要求（標準為滿負荷條件下30℃），而負荷較低時（1200A以下），溫升則不明顯。

1.2  國產(chǎn)KYN手車柜

我們對某變電站10kV主變開關(guān)柜的實測溫升與負荷關(guān)系的統(tǒng)計，開關(guān)柜為揚州某開關(guān)廠生產(chǎn)，KYN28-10型，配用VD4斷路器。測溫前打開部分頂蓋，對開關(guān)柜箱體外表溫度及主母排溫度同時進行測試。

數(shù)據(jù)表明，母排最高溫度已經(jīng)達到100℃，溫升88℃，明顯超標（母排溫升標準為65℃）。由于該站溫升問題比較突出，制造廠針對這一情況對變電站10kV開關(guān)柜1，2號母線橋采用新型鋼重新制作，主母線銅排規(guī)格更換為2×TMY120×10（原規(guī)格為2×TMY100×10），并進一步改進了通風系統(tǒng)。2號主變開關(guān)柜經(jīng)改造后，溫升情況略有好轉(zhuǎn)，但是與該開關(guān)柜型式試驗提供的溫升數(shù)據(jù)偏差仍然較大。

1.3   合資廠的手車柜

某合資廠開關(guān)柜，為上海某開關(guān)有限公司生產(chǎn)，型號為8BK20，測試位置為開關(guān)柜箱體外表及內(nèi)部母線母排。

此處，開關(guān)柜溫升暫時沒有超標，但是應該注意，此時負荷并沒有達到額定容量的70%，但是溫升已經(jīng)接近上限。由此可見，合資廠產(chǎn)品雖然溫升情況優(yōu)于國產(chǎn)設備，但同樣也存在溫升超標情況。

數(shù)據(jù)證明，運行中的開關(guān)柜實際溫升水平通常都要超過試驗室測出的溫升數(shù)據(jù)。而且，多數(shù)情況溫升超標時開關(guān)柜甚至遠沒有達到設計滿容量。

2  高壓開關(guān)柜發(fā)熱故障案例

杭州電力局武林變的兩臺主變10kV，JYN型大電流壓進線柜，投運以來一直存在觸頭發(fā)熱現(xiàn)象。1號主變10kV小車斷路器曾因C相母線側(cè)觸頭發(fā)熱變黑，后由廠家更換觸頭。1998年5月運行人員巡視設備時發(fā)現(xiàn)2號主變10kV斷路器觸頭發(fā)熱（有紅光），當時10kV負荷為555A，拉出小車發(fā)現(xiàn)C相母線側(cè)動觸頭嚴重燒傷，后對觸頭進行全部更換。7月，2號主變10kV負荷1470A，運行人員發(fā)現(xiàn)斷路器柜門、小車面板溫度過高，后決定控制負荷，同時加強巡視。8月，2號主變10kV開關(guān)柜因發(fā)熱引起開關(guān)柜爆炸。在出現(xiàn)以上現(xiàn)象時，曾多次與廠家聯(lián)系，并進行了大量的預防措施，但仍然未能防止事故的發(fā)生。類似臺州電廠6kV開關(guān)柜故障也是由于電氣連接點的過熱引發(fā)的。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前國內(nèi)的眾多發(fā)電公司、電力公司（河北、四川、北京、浙江、福建等地）均不同程度地出現(xiàn)了變電站開關(guān)柜溫度異常變化，進而引發(fā)事故的現(xiàn)象。而目前就大電流柜發(fā)熱采取強制通風措施、防磁隔熱措施等不足以很好地狀態(tài)實時在線監(jiān)測溫度。隨著工業(yè)及電力的發(fā)展，中高壓開關(guān)柜容量日益增加，而某些地區(qū)用電負荷的快速增長，使一些變電站的10kV側(cè)負荷電流已接近或超過3.2kA，現(xiàn)運行的31.5kA開關(guān)柜已不能滿足運行需要。為此，選用額定電流4kA大電流開關(guān)柜已是大勢所趨。目前國內(nèi)12kV中置柜其電流已逾4000A，從而對開關(guān)柜內(nèi)溫升的控制要求越來越高。同時，開關(guān)柜的智能化，也需要對開關(guān)柜溫度的在線監(jiān)測。

3  開關(guān)柜實際溫升超標原因分析

開關(guān)柜內(nèi)部實際溫升情況，尤其是母排連接等部位，通常總是比型式試驗測出的數(shù)據(jù)高。主要有以下幾點原因：

（1）型式試驗測得數(shù)據(jù)通常是在試驗室完成的，持續(xù)時間不長， 通常不超過8h，不具備溫升累積效應，不能等同于長期運行并持續(xù)發(fā)熱的設備。

（2）不同金屬的膨脹效應不同。鋼制螺栓的金屬膨脹系數(shù)要比銅質(zhì)、鋁質(zhì)母線小得多，尤其是螺栓型設備接頭，在運行中隨著負荷電流及溫度的變化，其鋁或銅與鐵的膨脹和收縮程度將有關(guān)差異而產(chǎn)生蠕變，也就是金屬在應力的作用下緩慢的塑性變形，蠕變的過程還與接頭處的溫度有很大的關(guān)系。實踐證明，當接頭處的運行工作溫度超過80℃時，接頭金屬將因過熱而膨脹，使接觸表面位置錯開，形成微小空隙而氧化。當負荷電流減小溫度降低回到原來接觸位置時，由于接觸面氧化膜的覆蓋，不可能是原安裝時金屬間的直接接觸。每次溫度變化的循環(huán)所增加的接觸電阻，將會使下一次循環(huán)的熱量增加，所增加的溫度又使接頭的工作狀況進一步變壞，因而形成惡性循環(huán)。

（3）連接部位緊固螺栓壓力不當。部分安裝或檢修人員在導體連接上認為連接螺栓擰得愈緊愈好，其實不然。特別是鋁質(zhì)母線，彈性系數(shù)小，當螺母的壓力達到某個臨界壓力值時，若材料的強度差，再繼續(xù)增加不當?shù)膲毫Γ瑢斐山佑|面部分變形隆起，反而使接觸面積減少，接觸電阻增大，從而影響導體接觸效果。

（4）選用的導體材料電導率不滿足要求，多數(shù)屬于導體原材料純度不夠。

（5）現(xiàn)場的其它因素，比如可能存在安裝檢修工藝不當，如母線在加工、連接、安裝過程中，對母線接觸表面處理不到位、不平整、不光滑、沒有涂專用電力脂等，導致有效接觸面積減少接觸電阻增大而發(fā)熱。

開關(guān)柜型式試驗中的溫升數(shù)據(jù)，并不能正確反映運行中的開關(guān)柜實際溫升水平，特別是長期運行負荷比較重的開關(guān)柜，由于長時間溫升的累積效應，運行中的開關(guān)柜實際溫升水平通常都要超過試驗室測出的溫升數(shù)據(jù)。部分制造廠對開關(guān)柜實際運行中的溫升水平并沒有深入地研究，比如大多數(shù)廠家給額定3150A的開關(guān)柜按照2500A的標準啟動風扇，在開關(guān)柜經(jīng)歷長時間的高負荷運行后，再采取這個標準是不合理的，通常是風扇沒有啟動，溫升早已超標了。

所以，選用開關(guān)柜設備的時候，不能盲目相信制造廠的試驗室數(shù)據(jù)，在日常運行維護管理中，也不能盲目套用試驗室的數(shù)據(jù)標準。實踐經(jīng)驗，往往也是非常重要的。只有重視實踐，并不斷針對實際情況，分析解決問題，才能真正把對設備的安全運行管理工作做到實處。

4  解決發(fā)熱的技術(shù)措施

4.1  國內(nèi)外現(xiàn)有開關(guān)柜溫度監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀

國外有一種開關(guān)柜溫度監(jiān)測系統(tǒng)，將激光溫度傳感器置于開關(guān)柜內(nèi)容易過溫點，用于測量溫度，電池預置于傳感器內(nèi)，為傳感器提供電源；溫度顯示屏裝于開關(guān)柜門上，用于顯示傳感器傳來的開關(guān)引線接頭的溫度；用光纖連接激光溫度傳感器與溫度顯示屏。光纖是絕緣的，不會減小電氣距離，滿足安全要求，但還存在以下缺點：

（1）性能不可靠，由于傳感器的電源是用電池提供的，所以一旦電池失效，監(jiān)測就會中斷，而更換電池需要開關(guān)柜停電，影響供電可靠性。

（2）運行不穩(wěn)定，因為傳感器與溫度顯示屏之間采用光纖連接，檢修時光纜很容易被碰斷。

（3）安裝工作量大，需要改造原有開關(guān)柜。

國內(nèi)也有用于開關(guān)柜內(nèi)引線接頭的測溫裝置，其原理是在所測點溫度大于設定的溫度時，裝置的彈簧接點閉合，啟動信號回路報警，但是無法定量測定準確的溫度，無法記錄歷史數(shù)據(jù)，不能掌握溫度變化趨勢。

4.2  杜邦公司W(wǎng)K型高壓開關(guān)柜溫度監(jiān)測儀

基于以上這種弊端缺陷情況，福州杜邦電氣科技有限公司同福州新益計算機應用研究所聯(lián)合研制了WK型高壓柜溫度在線檢測儀。依靠自身強大的技術(shù)開發(fā)力量，依托福州天宇電氣集團公司作為產(chǎn)品現(xiàn)場試驗基地。該產(chǎn)品的創(chuàng)新點在于采用紅外光線編碼信號進行傳送，使系統(tǒng)中不存在線路連接，不破壞開關(guān)柜內(nèi)的電氣安全距離，具有高壓隔離徹底，結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾性強，工作可靠等特點。供電方式采用溫度檢測器與測溫點處同一高電位，檢測器工作電源沒有從外部供給，而從內(nèi)部產(chǎn)生。利用鐵芯磁飽和原理，再通過電子穩(wěn)壓裝置，向檢測器提供穩(wěn)定可靠的電源，使系統(tǒng)更具安全性。其工作過程是在高壓側(cè)直接測量溫度值，通過在高壓端的檢測器把溫度值變換成編碼紅外線信號，傳輸給低壓端的接收器，供主機處理顯示，及向上位機傳遞。該產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上緊湊小巧，與開關(guān)柜配套時，原柜結(jié)構(gòu)無需變動，即使在老變電站改造中只需在相應處打上安裝孔即可加裝不影響原柜各種性能，特別是開關(guān)柜的絕緣性能幾乎不被影響。采用特制的溫度傳感器直接接觸式測量溫度，測量更準確，以便更好的早期發(fā)現(xiàn)故障苗頭，消除事故隱患，為分析開關(guān)柜工作狀態(tài)提供基礎數(shù)據(jù)，從而轉(zhuǎn)為狀態(tài)維修，提高電能質(zhì)量。該產(chǎn)品已成功安裝于數(shù)個變電站、電廠，至今系統(tǒng)運行良好。

該監(jiān)控儀主要功能：

（1）實時在線檢測并顯示開關(guān)柜各個觸頭的溫度值，其精度可達±3℃。

（2）能貯存24h內(nèi)最高溫度及其發(fā)生的時間。

（3）按需要設置二級報警點，達第一級警戒點時，可起動風機強迫觸頭降溫，當降溫無效，溫度升到第二報警點時，將輸出報警信號。

（4）有時鐘調(diào)整功能。

（5）有故障自檢功能。

（6）具有微機聯(lián)網(wǎng)通訊接口，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

該產(chǎn)品由電力工業(yè)部電力設備及儀表質(zhì)量檢驗測試中心通過，榮獲2004年福建省科技項目進步獎。