淺談高壓開關(guān)柜溫升原因及監(jiān)測方法

王蘭

安科瑞電氣股份有限公司 

摘要：電力傳輸系統(tǒng)中，發(fā)電廠、變電站的高壓開關(guān)柜起著關(guān)鍵性的作用，隨著電網(wǎng)設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，高壓開關(guān)柜也得到廣泛的使用。在使用開關(guān)柜的過程中，普遍存在開關(guān)柜內(nèi)部過熱現(xiàn)象，并且由于開關(guān)柜的密閉性，在負(fù)荷較重的地區(qū)，引發(fā)開關(guān)柜的溫升超標(biāo)現(xiàn)象。本文以高壓開關(guān)柜位研究對象，分析溫升超標(biāo)的原因及溫度監(jiān)測方法，可以有效預(yù)防高壓開關(guān)柜的高溫故障，保障高壓開關(guān)柜的安全性。

       我國電力系統(tǒng)的大規(guī)模發(fā)展，增加了高壓開關(guān)柜的運(yùn)行壓力，隨著電網(wǎng)的改革與建設(shè)，高壓開關(guān)柜的數(shù)量越來越多，增加了故障的發(fā)生機(jī)率。目前，電力系統(tǒng)內(nèi)部使用的開關(guān)柜，都要通過型式試驗(yàn)對入網(wǎng)的開關(guān)柜進(jìn)行處理，在溫升方面，要求比較嚴(yán)格。根據(jù)相關(guān)理論進(jìn)行分析可知，在實(shí)際運(yùn)行過程中，通常情況下，負(fù)荷不會達(dá)到開關(guān)柜的設(shè)計(jì)滿容量，更不會引發(fā)開關(guān)柜的溫升問題。但是，實(shí)際情況并非如此。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可知，隨著負(fù)荷的不斷增加，使得開關(guān)柜的溫升迅速增加。當(dāng)負(fù)荷超過開關(guān)額定電流的75%時，在這種情況下，溫升尤為明顯，此時早已不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。當(dāng)負(fù)荷比較低時，溫升現(xiàn)象不明顯。在實(shí)際運(yùn)行中，與試驗(yàn)室測出的溫升數(shù)據(jù)相比，開關(guān)柜實(shí)際溫升水平普遍比較高，并且多數(shù)情況下，當(dāng)溫升超標(biāo)時，開關(guān)柜甚至遠(yuǎn)沒有達(dá)到設(shè)計(jì)滿容量。對于高壓開關(guān)柜來說，開關(guān)觸頭、母排連接點(diǎn)的實(shí)際溫升，通常情況下總是高于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，其原因主要表現(xiàn)為：

       （1）在試驗(yàn)室完成型式試驗(yàn)，測得相應(yīng)的數(shù)據(jù)，在持續(xù)時間方面，雖然達(dá)到了穩(wěn)定溫升所需要的試驗(yàn)時間，但現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，加上試驗(yàn)過程中，不具備溫升累積效應(yīng)，不能等同現(xiàn)場長期運(yùn)行并持續(xù)發(fā)熱的設(shè)備。

       （2）不同金屬在膨脹效應(yīng)方面存在差異。鋼制螺栓的金屬膨脹系要比銅質(zhì)、鋁質(zhì)母線的金屬膨脹系數(shù)小得多，對于螺栓型設(shè)備接頭來說表現(xiàn)得尤為突出，在實(shí)際運(yùn)行過程中，隨著負(fù)荷電流、溫度的變化，在膨脹、收縮程度方面，由于鋁、銅與鐵之間存在一定的差異性，在一定程度上造成蠕變，也就是受應(yīng)力作用的影響和制約，導(dǎo)致金屬緩慢發(fā)生塑性變形。實(shí)踐證明，當(dāng)接頭處的運(yùn)行溫度超過80℃時，因過熱使得接頭金屬發(fā)生膨脹，同時受各種因素的影響，進(jìn)一步產(chǎn)生微小的空隙，早成氧化腐蝕。當(dāng)負(fù)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，造成接觸電阻變大，每次溫度變化的循環(huán)都會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合理。對于導(dǎo)體連接，在部分安裝、檢修人員意識中，在擰緊連接螺栓的過程中，認(rèn)為螺栓擰得越緊越好，實(shí)際并非如此。由于鋁質(zhì)母線的彈性系數(shù)較小，當(dāng)螺母壓力達(dá)到臨界值時，如果材料強(qiáng)度比較差，當(dāng)繼續(xù)增加壓力時，將會導(dǎo)致接觸面變形隆起，使得接觸面積進(jìn)一步減少，增大接觸電阻，進(jìn)而影響導(dǎo)體的接觸效果。

       （4） 由于導(dǎo)體原材料純度不夠，造成導(dǎo)體材料電導(dǎo)率不滿足要求。

       （5） 其它因素，例如在加工、連接、安裝母線過程中，對母線接觸表面處理不到位、不夠平整，進(jìn)而減少有效接觸面積，增大接觸電阻而產(chǎn)生發(fā)熱。

       以上的情況都會造成高壓開關(guān)柜的溫升異常，所以加強(qiáng)對運(yùn)行開關(guān)設(shè)備溫升的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)問題及時采取措施就變得非常必要。高壓開關(guān)柜內(nèi)有裸露高壓, 空間封閉狹小,無法進(jìn)行人工巡查測溫,傳統(tǒng)的測溫方式無法有效地解決這個問題。為了解決這個問題，應(yīng)用于高壓柜的無線測溫方式應(yīng)運(yùn)而生，無線測溫由溫度傳感裝置和顯示報警裝置兩部分組成，溫度模塊包括溫度傳感器和數(shù)據(jù)發(fā)射器，溫度模塊可安裝于柜內(nèi)任何的發(fā)熱點(diǎn)上，利用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，可遙測每一個重要部位的發(fā)熱問題包括開關(guān)柜內(nèi)觸頭、銅排接頭等非可視部位，并可實(shí)時把檢測數(shù)據(jù)發(fā)射出去，由安裝在儀表門上的顯示報警裝置接收記錄。利用現(xiàn)場總線技術(shù)，還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能監(jiān)控，這樣就不需要人工現(xiàn)場勘測，不存在安全隱患，還實(shí)現(xiàn)了高壓柜的溫度在線實(shí)時監(jiān)測，避免高溫造成的設(shè)備故障。

       安科瑞電氣股份有限公司ASD320/ASD500智能操控裝置搭配ATE400無線無源測溫傳感器可廣泛用于高壓開關(guān)柜的電氣接點(diǎn)溫度監(jiān)測，除此之外智能操控裝置還具有一次回路模擬圖及開關(guān)狀態(tài)指示，高壓帶電顯示及核相，自動溫濕度控制，加熱回路故障告警，分合閘回路完好指示、分合閘回路電壓測量、預(yù)分預(yù)合閃光指示，人體感應(yīng)自動照明，語音提示，電參數(shù)測量，RS485及以太網(wǎng)通訊接口等眾多功能，集操作、顯示于一體，監(jiān)視高壓開關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)，為高壓開關(guān)柜的穩(wěn)定運(yùn)行提供助力。無線無源測溫傳感器ATE400采用電流感應(yīng)原理自提供電源，啟動電流為5A，監(jiān)測溫度范圍-50℃~+125℃，精度±1℃，可安裝于高壓柜內(nèi)開關(guān)觸頭，銅排/電纜接頭實(shí)現(xiàn)溫度采集上傳，產(chǎn)品運(yùn)行穩(wěn)定，通過西安高壓電器研究院的試驗(yàn)測試，取得認(rèn)證報告。

2.1 產(chǎn)品型號功能

2.2 配套產(chǎn)品

       與 ASD 系列產(chǎn)品配套使用的溫濕度傳感器和無線測溫接收器，可以采用導(dǎo)軌（DIN35mm）安裝方式，也可以使用螺栓固定方式，無線溫度傳感器共有 5 種，分別對應(yīng)螺栓固定、表帶固定、扎帶捆綁、合金片固定等安裝方式，如下圖

電池供電型無線溫度傳感器 

安裝于發(fā)熱部位，采集溫度量并通過無線方式傳輸?shù)膫鞲衅鳌?nbsp;

目前無線溫度傳感器有四款：

CT 感應(yīng)取電無線溫度傳感器 

       安裝于斷路器觸頭、母排、電纜搭接點(diǎn)等大電流處，采集溫度量并通過無線方式傳輸?shù)膫鞲衅?/div>