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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(shí)際溫升數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行中開關(guān)柜的溫升水平均超過型式試驗(yàn)測得數(shù)據(jù)。然后，從試驗(yàn)條件、金屬膨脹效應(yīng)、堅(jiān)固螺栓壓力、導(dǎo)體材料電導(dǎo)率等方面進(jìn)一步分析了溫升超標(biāo)的原因。最后提出建議，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選用和維護(hù)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(yàn)  故障案例  技術(shù)措施

隨著電網(wǎng)的發(fā)展和設(shè)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(fù)荷較重的地區(qū)，存在開關(guān)柜的溫升超標(biāo)問題。

開關(guān)柜的溫升超標(biāo)，直接影響設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，而且，過熱問題是一個(gè)不斷發(fā)展的過程，如果不加以控制，過熱程度會(huì)不斷加劇，并對絕緣件的性能及設(shè)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(yán)格遵守設(shè)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(yàn)，尤其對溫升的要求比較嚴(yán)格。運(yùn)行中，負(fù)荷通常都不會(huì)達(dá)到開關(guān)柜的設(shè)計(jì)滿容量，開關(guān)柜的溫升問題應(yīng)該不會(huì)很突出，但是實(shí)際情況并不盡然。

1  開關(guān)柜實(shí)際溫升數(shù)據(jù)分析

1.1  國產(chǎn)JYN手車柜

某變電站2臺(tái)同型號(hào)、同參數(shù)的10kV主變開關(guān)柜的實(shí)測溫升與負(fù)荷關(guān)系的統(tǒng)計(jì)。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(fù)荷的增加，開關(guān)柜的溫升迅速加快。當(dāng)負(fù)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(dá)47℃，已經(jīng)不符合標(biāo)準(zhǔn)要求（標(biāo)準(zhǔn)為滿負(fù)荷條件下30℃），而負(fù)荷較低時(shí)（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(shí)測溫升與負(fù)荷關(guān)系的統(tǒng)計(jì)，開關(guān)柜為揚(yáng)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(shí)進(jìn)行測試。

數(shù)據(jù)表明，母排最高溫度已經(jīng)達(dá)到100℃，溫升88℃，明顯超標(biāo)（母排溫升標(biāo)準(zhǔn)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(hào)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(jìn)一步改進(jìn)了通風(fēng)系統(tǒng)。2號(hào)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(yàn)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(hào)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(shí)沒有超標(biāo)，但是應(yīng)該注意，此時(shí)負(fù)荷并沒有達(dá)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(shè)備，但同樣也存在溫升超標(biāo)情況。

數(shù)據(jù)證明，運(yùn)行中的開關(guān)柜實(shí)際溫升水平通常都要超過試驗(yàn)室測出的溫升數(shù)據(jù)。而且，多數(shù)情況溫升超標(biāo)時(shí)開關(guān)柜甚至遠(yuǎn)沒有達(dá)到設(shè)計(jì)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(tái)主變10kV，JYN型大電流壓進(jìn)線柜，投運(yùn)以來一直存在觸頭發(fā)熱現(xiàn)象。1號(hào)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(yùn)行人員巡視設(shè)備時(shí)發(fā)現(xiàn)2號(hào)主變10kV斷路器觸頭發(fā)熱（有紅光），當(dāng)時(shí)10kV負(fù)荷為555A，拉出小車發(fā)現(xiàn)C相母線側(cè)動(dòng)觸頭嚴(yán)重?zé)齻髮τ|頭進(jìn)行全部更換。7月，2號(hào)主變10kV負(fù)荷1470A，運(yùn)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(fù)荷，同時(shí)加強(qiáng)巡視。8月，2號(hào)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(shí)，曾多次與廠家聯(lián)系，并進(jìn)行了大量的預(yù)防措施，但仍然未能防止事故的發(fā)生。類似臺(tái)州電廠6kV開關(guān)柜故障也是由于電氣連接點(diǎn)的過熱引發(fā)的。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，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(jìn)而引發(fā)事故的現(xiàn)象。而目前就大電流柜發(fā)熱采取強(qiáng)制通風(fēng)措施、防磁隔熱措施等不足以很好地狀態(tài)實(shí)時(shí)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(fù)荷的快速增長，使一些變電站的10kV側(cè)負(fù)荷電流已接近或超過3.2kA，現(xiàn)運(yùn)行的31.5kA開關(guān)柜已不能滿足運(yùn)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(shí)，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(shí)際溫升超標(biāo)原因分析

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

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

（2）不同金屬的膨脹效應(yīng)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(shè)備接頭，在運(yùn)行中隨著負(fù)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(yīng)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(shí)踐證明，當(dāng)接頭處的運(yùn)行工作溫度超過80℃時(shí)，接頭金屬將因過熱而膨脹，使接觸表面位置錯(cuò)開，形成微小空隙而氧化。當(dāng)負(fù)荷電流減小溫度降低回到原來接觸位置時(shí)，由于接觸面氧化膜的覆蓋，不可能是原安裝時(shí)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(huì)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(jìn)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(dāng)。部分安裝或檢修人員在導(dǎo)體連接上認(rèn)為連接螺栓擰得愈緊愈好，其實(shí)不然。特別是鋁質(zhì)母線，彈性系數(shù)小，當(dāng)螺母的壓力達(dá)到某個(gè)臨界壓力值時(shí)，若材料的強(qiáng)度差，再繼續(xù)增加不當(dāng)?shù)膲毫Γ瑢?huì)造成接觸面部分變形隆起，反而使接觸面積減少，接觸電阻增大，從而影響導(dǎo)體接觸效果。

（4）選用的導(dǎo)體材料電導(dǎo)率不滿足要求，多數(shù)屬于導(dǎo)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(dāng)，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(dǎo)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(yàn)中的溫升數(shù)據(jù)，并不能正確反映運(yùn)行中的開關(guān)柜實(shí)際溫升水平，特別是長期運(yùn)行負(fù)荷比較重的開關(guān)柜，由于長時(shí)間溫升的累積效應(yīng)，運(yùn)行中的開關(guān)柜實(shí)際溫升水平通常都要超過試驗(yàn)室測出的溫升數(shù)據(jù)。部分制造廠對開關(guān)柜實(shí)際運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)啟動(dòng)風(fēng)扇，在開關(guān)柜經(jīng)歷長時(shí)間的高負(fù)荷運(yùn)行后，再采取這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是不合理的，通常是風(fēng)扇沒有啟動(dòng)，溫升早已超標(biāo)了。

所以，選用開關(guān)柜設(shè)備的時(shí)候，不能盲目相信制造廠的試驗(yàn)室數(shù)據(jù)，在日常運(yùn)行維護(hù)管理中，也不能盲目套用試驗(yàn)室的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，往往也是非常重要的。只有重視實(shí)踐，并不斷針對實(shí)際情況，分析解決問題，才能真正把對設(shè)備的安全運(yùn)行管理工作做到實(shí)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(diǎn)，用于測量溫度，電池預(yù)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(huì)減小電氣距離，滿足安全要求，但還存在以下缺點(diǎn)：

（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(huì)中斷，而更換電池需要開關(guān)柜停電，影響供電可靠性。

（2）運(yùn)行不穩(wěn)定，因?yàn)閭鞲衅髋c溫度顯示屏之間采用光纖連接，檢修時(shí)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(diǎn)溫度大于設(shè)定的溫度時(shí)，裝置的彈簧接點(diǎn)閉合，啟動(dòng)信號(hào)回路報(bào)警，但是無法定量測定準(zhǔn)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(jì)算機(jī)應(yīng)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(qiáng)大的技術(shù)開發(fā)力量，依托福州天宇電氣集團(tuán)公司作為產(chǎn)品現(xiàn)場試驗(yàn)基地。該產(chǎn)品的創(chuàng)新點(diǎn)在于采用紅外光線編碼信號(hào)進(jìn)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(qiáng)，工作可靠等特點(diǎn)。供電方式采用溫度檢測器與測溫點(diǎn)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(hào)，傳輸給低壓端的接收器，供主機(jī)處理顯示，及向上位機(jī)傳遞。該產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上緊湊小巧，與開關(guān)柜配套時(shí)，原柜結(jié)構(gòu)無需變動(dòng)，即使在老變電站改造中只需在相應(yīng)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(zhǔn)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(chǔ)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(gè)變電站、電廠，至今系統(tǒng)運(yùn)行良好。

該監(jiān)控儀主要功能：

（1）實(shí)時(shí)在線檢測并顯示開關(guān)柜各個(gè)觸頭的溫度值，其精度可達(dá)±3℃。

（2）能貯存24h內(nèi)最高溫度及其發(fā)生的時(shí)間。

（3）按需要設(shè)置二級報(bào)警點(diǎn)，達(dá)第一級警戒點(diǎn)時(shí)，可起動(dòng)風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫觸頭降溫，當(dāng)降溫?zé)o效，溫度升到第二報(bào)警點(diǎn)時(shí)，將輸出報(bào)警信號(hào)。

（4）有時(shí)鐘調(diào)整功能。

（5）有故障自檢功能。

（6）具有微機(jī)聯(lián)網(wǎng)通訊接口，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

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