高压开关柜的实际温升及发热解决措施

张发军，潘亚培，李桂芹

（河南森源电气股份有限公司，河南 郑州 450000）

0 引 言

作为供配电企业经常使用的变配电组成设备，高压开关柜的作用非常大。但是，日常使用高压开关柜时，触头位置极易出现安全事故，引发事故的原因包括松动的触头接触、老化的开关弹簧以及较差的外部环境等，进而导致高压开关柜内部出现较高的温度，造成开关设备高温后变形及绝缘件老化，绝缘性能降低。一旦高压开关柜出现发热问题，供电系统不仅无法可靠地进行供电，而且供电企业的经济效益将受到严重的损坏。因此，应当制定预防和实施处理措施，提高高压开关柜的安全性，进而提高供电企业供电的可靠性和安全性[1]。

1 高压开关柜实际温升监测

当电网系统内供电量不断增加时，温升超标的现象会不断出现。一旦高压开关柜出现温升超标情况[2]，不仅会损坏绝缘件的使用寿命，而且无法为电网提供安全可靠的供电环境。本文对我国生产的的高压开关柜和合资生产的高压开关柜进行运行数据采集，并分析和研究产生温超的原因。

1.1 国产KYN开关柜

将某变电站使用的KYN28-12型的开关柜作为分析对象。该高压开关柜内，配置的断路器型号为VD4。测量高压开关柜运行实际温升时发现，在室外12 ℃时，主母排出现的最高温度在98 ℃，而实际温升应为86 ℃，根据强制性标准规定，温升最高温度应为65K，该高压开关柜温升已经超过强制标准21K。为解决出现的超过温度，在高压开关柜内配置通风系统，并使用大规格的母线，有效地降低实际温升幅度。对该电站其他KYN型高压开关柜进行温升测量时，在不同型号的高压开关柜内部，升温数据有明显的差异。

1.2 国产JYN开关柜

将某电站使用的JYN1-10型开关柜作为分析对象，将高压开关柜箱体的外表面作为温升测量位置。测量过程中发现，该型号的高压开关柜，如果负荷升高，则温升的值越大。若负荷在2 000 A，温升在49 K，超过强制标准30 K。若负荷低于1 300 A，该型号高压开关柜温升在强制标准以下。

1.3 合资8BK20开关柜

将某电站使用的合资8BK20开关柜作为分析对象，主要测量母线和箱体外表面的温升情况。测量过程中发现，在低负荷运行状态下，虽然没有出现温升超过强制标准的情况，但是温升值已经接近强制标准。这证明该类型高压开关柜在运行时，会出现严重的温升超标情况。

2 高压开关柜手车触头发热的危害

作为电力企业重要的电气设备，高压开关柜为发电、输电以及供配电提供支持。同时，高压开关柜是一次核心电气设备，使用时一旦出现设备故障，电网系统将无法可靠地供电。高压开关柜运行过程中，设备出现温升超标进而引发发热故障的主要原因是触头松动、接触不良。如果高压开关柜出现温升及发热故障，将会损坏电气设备，维修时不仅需要较长的时间，而且需要大量的资金，造成企业严重的经济损失。

高压开关柜内手车触头出现发热情况是长时间运行导致的。在电流长期的作用下，产生的热效应会加剧温升。若触头的温升已经超过绝缘设备的临界值，绝缘设备会出现损坏情况，引发接地或相间短路，甚至断路器、电流互感器爆炸等严重的事故。同时，发生的事故也会引起相邻设备发生故障，直至整个电网无法可靠地供电。

通常，在高压开关柜内连接的手车触头是通过铜排完成的，而铜排的传热性能较为突出，高压开关柜运行时铜排会吸收产生的热量，导致高压开关柜使用的触头无法正常地开闭。一旦触头出现温升破坏情况，对高压开关柜的维修和护理将十分复杂，且无法保证高压开关柜的电气性能会恢复到原来的水平。

3 手车触头发热原因

3.1 开关容量设计及日常运行故障问题

设计开关容量的过程中，设计人员对系统容量计算过小，导致触头选择太小，触头在实际负荷的作用下会出现温升超标问题。安装触头时，由于缺乏严格的安装标准，动、静触头间的接触面积过小，通过该区域的有效电阻较大，触头局部出现温升情况。此外，高压开关柜内的开关无法按照开关操作标准进入到指定位置，触头间出现孔隙，电流通过该位置时会在局部出现放电情况，进而产生严重的升温发热情况。

3.2 人为原因

正常检修开关柜时，因检修人员缺乏责任心，检修时没有按照要求连接和安装螺栓，导致接触面电阻增加。当大负荷设备启动和运行时，产生的电流会强烈地冲击开关触头，在接触不良的开关触头位置会异常发热。

3.3 负荷剧变

选择开关型号时，通常按照系统容量对开关设备进行动稳定和热稳定校验。但是，部分电力企业没有根据系统容量或者不通过分析估算，将大功率设备配置在系统内，大功率设备在启动和运行过程中产生的强大电流会冲击开关设备，直至开关触头电气性能无法满足使用需求，触头出现发热导致设备损坏[5]。

3.4 老设备系统匹配性能差

部分电力企业进行电气设备升级改造时，受到资金短缺的影响，许多老设备依然使用。由于老设备系统匹配性能差，新设备无法与老设备匹配，使开关触头出现发热问题。

3.5 环境条件因素

外部环境存在灰尘，灰尘进入到开关内部后会停留在开关触头上，开关操作时会因灰尘出现接触不良。此外，外部环境会阻碍开关设备的散热，高压开关柜内部热量无法有效地散出，致使触头出现发热问题。

3.6 材料因素

使用不同的金属材料，材料的膨胀效应会有明显的差异。我国使用较为广泛的开关触头为铜质，具有较高的膨胀系数。开关设备实际工作时，在负荷或者温度的影响下，会使铜质材料收缩和膨胀产生应力作用。材料在应力作用下会出现缓慢的塑性变形。相关研究发现，若在接头位置产生80 ℃以上的高温，材料会发生膨胀，致使接触位置出现电阻增加。

4 手车触头发热的预防处理措施

当无法保证高压开关柜触头100%的连接时，维修和保养开关设备过程中，可通过如下措施，尽量降低事故发生率，减少事故对供电造成的影响[3]。

4.1 日常运行检修

日常运行维修过程中，维修人员应定期对开关动、静触头的稳定性进行检查，同时观察外观的颜色是否发生变化。此外，对触头间的弹性性能进行检查，同时检查光滑性是否符合标准。完成设备检修后，在开关动、静触头位置涂抹导电膏，提升触头的导电能力，降低电流通过开关触头的电阻，预防触头出现发热情况。设备正常运行过程中，使用红外温度测试仪对开关触头和铜排温度进行检测，并根据温度调整负荷对检测出故障的设备进行维修。

4.2 预防性试验

通过预防性试验对高压开关柜内设备进行定期检测，并按照试验步骤检测设备性能。一旦发现异常情况，应根据历史数据做出判断，并全面地分析异常数据的原因。完成试验后，检查开关柜内各个连接点是否连接正常，保证设备是在安全情况下投入使用[4]。

4.3 在线检测技术

利用在线检测技术对设备进行检查，对开关柜内触头、铜排以及附属元件等进行实时测温，通过网络通信设备将收集的数据传输到监控计算机内。如果触头温度超过强制标准，通过报警系统发出警报，提示检测人员对问题区域进行检测[6]。

5 结 论

作为供电企业重要的变配电设备，对高压开关柜设备的日常检测十分重要。通过日常检修、预防性试验以及在线检测技术等，可以对开关触头发热引发的安全事故进行预防，进而提高供电的稳定性，保证供电企业获得良好的经济效益。