高壓開關柜過熱原因探析及監(jiān)測措施研究

摘要：由于封閉式開關柜是封閉的，這就給此種開關柜埋下了一個致命弱點，無法直接觀測其動靜觸頭等部位，而開關柜的這些部位易容發(fā)熱，這些過熱缺陷若日積月累，必然會影響到設備運行的穩(wěn)定性、可靠性，甚至損毀設備。文章探析了封閉式高壓開關柜過熱的原因，并提出了在線監(jiān)測高壓開關柜的措施。

關鍵詞：高壓開關柜；過熱原因；監(jiān)測措施；供電企業(yè)；電網(wǎng)安全；電力設備 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM591 文章編號：1009-2374（2016）36-0083-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.36.041

近年來，在經(jīng)濟飛速發(fā)展的帶動下，人們的生活水平逐步提高，同時對電能的依賴性逐漸增強，因此確保電網(wǎng)的安全、可靠運行，保證能持續(xù)可靠地給用戶供電，已成為各供電企業(yè)的重要使命。而要想保障電網(wǎng)的安全、可靠運行，電力企業(yè)一方面要強化電網(wǎng)網(wǎng)架結構；另一方面要確保當前各電力設備安全穩(wěn)定運行。高壓開關柜作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，確保其安全可靠運行，對整個電網(wǎng)的連續(xù)、可靠供電至關重要。

1 封閉式高壓開關柜過熱故障及原因

接頭是電力設備產生過熱的主要部位，在整個電路中，依據(jù)電工理論，用Q=I2Rt可算出單個電氣接頭熱量，式中：I代表接頭截面電流；R代表接頭電阻；t代表通過電流時間。電流經(jīng)過導體就會有熱量產生，若某個接頭存在過大電阻，這一接頭產生的熱量也會比較多，若這些熱量不能及時消散，熱量便會在此聚集，導致此部位過熱甚至燒毀。下文就以高壓開關柜KYN28-12為例，簡單探討開關柜過熱故障的原因。

1.1 封閉式高壓開關柜主要構成

通常用三個相互獨立的隔室來承放高壓開關柜的主要一次設備，如斷路器室、母線室、出線室等，把高壓開關柜的二次設備在繼電器室內獨立承放。圖1為KYN28-12型高壓開關柜結構示意圖：

1.2 封閉式高壓開關柜過熱的主要原因

單個KYN28-12高壓開關柜的出線柜通過大電流的接頭通常會有18個，其中6個為分布在斷路器室內的手車觸頭，單個接頭的手車觸指通常會有10個以上流過帶負荷的電流；有3個主接頭分布在出線室進行出線電纜的連接；有6個主接頭連接相應電流互感器；有3個T接點分布在母線室。這些接頭中6個手車觸頭與3個出線電纜T接點是主要發(fā)熱部位，而這兩個部位都位于封閉式高壓開關柜內，這就造成了值班人員用肉眼不能巡視，借助紅外測溫也無法找出熱缺陷，若這些接頭熱缺陷部位發(fā)熱過于嚴重，會使接頭出現(xiàn)膨脹、變紅，更有甚者會熔斷，最終引發(fā)供電事故。

有很多原因都有可能造成封閉式高壓開關柜出現(xiàn)發(fā)熱缺陷，主要有：

1.2.1 電氣連接部位不良接觸，造成發(fā)熱。檢修人員作業(yè)失誤或采用有缺陷的安裝工藝是導致高壓開關電氣連接部位不良接觸的主要原因，若施工中沒有按相關工藝標準嚴格作業(yè)，存在安裝工藝問題，這樣很容易埋下過熱隱患影響高壓開關柜后期運行。如在連接安裝母線時，若有油污或氧化物附著在母線表面，使母線不光滑、不平整，實際搭接面小于寬度的1.5倍，缺乏足夠的搭接壓力等都會導致增大母排聯(lián)接點實際接觸電阻，引發(fā)過熱現(xiàn)象。因此必須重視監(jiān)督高壓開關柜安裝質量，在施工時必須嚴格按照相關規(guī)程作業(yè)，這樣才能更好地防止開關柜出現(xiàn)發(fā)熱故障。

電氣接頭處以及設備線夾處接觸面發(fā)生氧化，引發(fā)發(fā)熱。在實際應用中設備接觸面即使壓接很緊，也會有縫隙存在，經(jīng)過長時間運行，接觸面便會出現(xiàn)氧化膜，接頭發(fā)生氧化后會造成增大接觸電阻，實際運行時會使接觸面變熱，而變熱又會助推接觸面氧化速度，這樣循環(huán)反復，長期疊加最終引發(fā)發(fā)熱故障。

1.2.2 手車觸頭不良接觸，造成發(fā)熱。長期運行致使觸指壓緊彈簧發(fā)生疲勞或水汽銹蝕彈簧，彈簧發(fā)生老化功能不足，造成觸頭與觸指沒有足夠接觸壓力，二者不能充分接觸，增大接觸電阻，縮小有效載流截面出現(xiàn)過熱。也有一些高壓開關柜存在手車操作機構行程不足，致使手車不能搖到位，造成手車動靜觸頭間沒有足夠插入深度，實際接觸面不足導致發(fā)熱溫升，最終損害開關設備。為對手車觸頭發(fā)熱進行有效防范，在檢修開關柜時都應對手車觸頭燒損度進行仔細檢查，并注重壓力彈簧、觸頭插入深度的檢查，這樣可有效防范由于接頭不良接觸而造成發(fā)熱。

1.2.3 負荷電流過大，造成發(fā)熱。對于一些老舊變電站而言，它們采用的封閉式高壓開關通常都比較老舊，并且大多沒有足夠的規(guī)劃設計余度。在投入運行后，隨著運行年限的增長，人們的用電負荷也會逐步增大，這時開關動靜觸頭的實際載流量便很難適應負荷增長，加之設備長時間運行，動靜觸頭發(fā)生氧化，實際接觸電阻變大，這時觸頭便會發(fā)生局部發(fā)熱現(xiàn)象，此外負荷電流的突變也會造成發(fā)熱。

2 監(jiān)測封閉式高壓開關柜溫度

2.1 當前監(jiān)測封閉式高壓開關柜的主要手段

2.1.1 測溫片測溫法。這種測溫法比較老舊，為接觸式測溫法的一種，這種測溫法主要是把示溫蠟片粘貼在接觸點或把發(fā)光材料涂抹在設備表面來進行測溫。

2.1.2 紅外測溫法。這種測溫法主要依據(jù)的是輻射定律，即任何自身溫度比絕對零度高的物體都會時時發(fā)射紅外輻射能量向周圍空間，隨物體溫度的升高，它產生的輻射能量也會越強，可應用紅外檢測儀對設備發(fā)射在周圍的紅外輻射能量進行測量，再由相應的信號處理系統(tǒng)完成處理，這樣就可得到設備表面的具體溫度分布，最終得到設備的運行狀態(tài)情況。

2.1.3 光纖測溫法。這種測溫法也屬于一種接觸式測溫法，它在當前封閉式開關柜測溫中的應用相對較多。依據(jù)光纖測溫的原理與具體作用，可對光纖測溫進行光纖光柵測溫與光纖分布測溫的劃分，其中光纖分布測溫主要是借助光纖后向拉曼散射與OTOR光時域反射原理來測溫的，其測溫發(fā)往較廣，光纖光柵測溫主要是借助感溫光纖光柵處理器，對光柵反射光波長情況進行檢測，來間接測待測物體溫度。

2.1.4 無線測溫法。這種測溫法也是接觸式測溫法的一種，并且也被廣泛應用于封閉式開關柜上。分布式測溫傳感器、溫度采集器以及后臺監(jiān)控分析系統(tǒng)是無線測溫系統(tǒng)的主要組成部分。無線測溫法主要是通過在被測部位裝設分布式測溫傳感器，讓它直接接觸高壓電氣設備，在高壓室外安放溫度采集器，借助無線通訊來傳輸測溫傳感器與溫度采集器間信號，最終來實現(xiàn)溫度測量。

2.2 各測溫方式的主要優(yōu)缺點

2.2.1 測溫片測溫。之前用的常規(guī)示溫片測溫法直觀性強，但它準確性差，只能定性判斷，無法定量測量，測溫效果不是很理想。而采用熱電阻測溫與熱電偶測溫，需由金屬導線向外輸信號，并且高低壓隔離難，在封閉式高壓開關柜中無法應用。

2.2.2 紅外測溫。紅外熱成像儀是非接觸式測溫法的一種，它主要是通過對待測物輻射熱能進行檢測來測溫的，被測物與測試儀間不應存在遮擋物，而由于封閉式開關柜在工作時通常不能打開柜門，這樣紅外測溫儀便無法直接測開關柜內部溫度，高壓開關柜實際工作時采用此方法測量便不能真實反映內部溫度。加之需有人工操作紅外儀，不間斷在線測量便無法完成，且測試人員個人因素會嚴重影響測溫數(shù)據(jù)。

2.2.3 光纖測溫。光纖本身絕緣性能通常都比較好，可在開關柜高壓設備上直接裝設光纖溫度傳感器來準確測量高壓開關實際溫度，但光纖也有一些致命弱點，如易折、易斷、耐高溫性差等。

2.2.4 無線測溫。這種測溫法是近年來發(fā)展起來的新型測溫法，系統(tǒng)可靠性好，安全性高，可對高壓開關柜實現(xiàn)不間斷在線監(jiān)測，無源無線溫度傳感器結構緊湊、體積小，可按照實際需求進行多樣式外形設計，可在開關柜狹小節(jié)點間方便安裝，與設備直接接觸，對其具體溫度進行測試，具有很高的測量精度。

3 結語

總之，有很多原因都有可能導致封閉式高壓開關柜過熱，可借助在高壓開關柜中加裝無線測溫裝置等現(xiàn)代技術手段來對開關柜內部元件結合部的實際溫度狀況進行實時掌握，以便在第一時間發(fā)現(xiàn)開關柜過熱等異常情況，提前采取措施檢修，這樣可有效防范封閉式高壓開關柜熱故障事故，更好地保障電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行。

參考文獻

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作者簡介：杜中華（1974-），男，河北石家莊人，國網(wǎng)河北省電力公司石家莊供電分公司工程師，高級技師，研究方向：變電檢修。

（責任編輯：蔣建華）