大电流开关柜发热故障的原因分析和处理.doc

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大电流开关柜发热故障的原因分析和处理
邯郸钢铁集团有限责任公司能源中心 刘立灿

摘要：冶金企业的特点之一是大功率供电回路多，开关回路发热故障比较常见，本文对大电流开关回路的发热原因进行深入分析，并针对性的提出了解决发热问题的技术方案，在实际运行中很有借鉴意义。
关键词：大电流 发热 磁环路 涡流

一、前言
冶金企业供电设备的特点之一是功率大，例如，大型冶炼电弧炉、大型轧钢主轧机等设备运行功率往往几万千瓦，供电开关柜运行电流高达几千安培。如果开关柜的设计、制造、安装过程中存在缺陷，往往产生严重发热，甚至烧熔设备，严重情况下造成弧光短路，不仅造成设备损失，还影响正常生产秩序。因此，应引起企业供电管理人员的高度重视，提前采取相应技术和管理措施，防范发热故障的发生。
二、发热故障原因分析
电气开关柜发热的原因，可以从两个方面进行分析。
1、电气回路发热
开关柜结构紧凑，由断路器、互感器、动静触头、母线（排）构成电气回路，运行中常常发生电气回路、元器件发热现象。再加上柜体密封严格，热量不能及时散发，会发生累积效应，造成更严重发热，严重情况下会将导体、触头烧熔、损坏甚至造成设备报废。
电气回路发热的原因是由于电流的热效应引起。即当电流通过电气回路时，由于接触不良导致导体接点、断路器触头接触电阻升高，电流就会作功而消耗电能，产生了热量，这种现象叫做电流的热效应。
计算公式为： Q = I2Rt
　　式中：I —通过导体的电流，单位是安培(A)
　　 R——导体的电阻，单位是欧姆(Ω)
　　 t ——电流通过导体的时间，单位是秒(S)
　 　Q——电流产生的热量，单位是焦(J)
由上式可以看出，电气回路发热量的大小与电流的平方、电阻的大小成正比。因此，当一个供电回路功率确定以后，其运行电流也就确定了，要想电气回路不发热，解决的办法就是想方设法降低电气回路电阻。
2、柜体发热
在大电流开关的实际带负荷运行中，常常发生柜体发热，影响正常运行。
事例一
某220KV变电站35KV主进开关柜柜体角钢异常发热，当运行电流超过1000A时，柜体角钢温度超过80℃，而且柜体产生“嗡嗡”的机械振动声音。如图1所示。

图1 某220KV变电站35KV开关柜母线安装示意图
从图中可以看出，A相母线和C相母线从上部角钢框架内穿过，上部角钢框架围绕A相母线和C相母线形成闭合磁环路。B相母排从下部角钢框架内穿过，同样，下部角钢框架围绕B相母线形成闭合磁环路。也就是说，开关柜在设计、制造、安装时没有考虑隔断磁路。母线带电运行流过电流时，角钢框架内就会感应磁场，上部角钢框架感应的磁场强度大小与A相和B相电流矢量和成正比，下部角钢框架内感应的磁场强度与B相电流成正比。这样在角钢框架内不可避免地感应涡流并产生损耗发热。当电流足够大时，角钢框架除了发热严重，还会产生电磁振动，并发出“嗡嗡”声音。
从上面分析可以得出结论，隔断磁路就可以解决涡流发热问题。将中间安装A相和C相绝缘子的角钢从中间锯断，再用不导磁的不锈钢板或铜板连接固定，断开中间磁路。上下左右角钢框架虽然包围三相母排，但是三相电流矢量和为零，四周角钢框架内感应磁强强度为零，也不会造成涡流发热和电磁振动。
通过以上方法处理后，角钢框架既消除发热，又消除电磁振动，效果良好。
事例二
某110KV变电站10KV主进开关柜运行时安装套管的钢隔板发热，严重情况发热至80~90℃，柜体振动严重，不得不停电处理，影响正常的电能供应。如图2所示。

图2 主进开关柜套管安装示意图
通过现场勘查，发现安装3相套管的钢隔板为普通钢板，而且套管之间没有开口隔断磁路，母线通过电流时，隔板内就会形成磁路，感应涡流，产生涡流损耗，造成温度升高，并产生电磁振动。
将安装套管的普通钢隔板改成不导磁的不锈钢隔板，发热和振动现象随之消失，问题得到解决。
如果将套管之间钢隔板开口，隔断磁路，同样可以解决发热和振动问题。
三、发热故障处理方法
在实践中，针对大电流开关柜发热问题，可以采取如下改进措施。
1、电气回路发热的监测，可以采用粘贴示温蜡片、示温贴纸的方法提示导体温度升高，这种方法简便易行，价格便宜。有条件的也可以安装电子测温装置指示所测点温度，可以实时监测温度，但是比较复杂，价格也昂贵。值班电工也可以使用红外测温枪、热像仪对设备温度进行测量监控。在实际运行中，往往采取多种措施和方法对电气设备进行温度监控。
2、设备检修时对电气连接点螺丝进行检查紧固，使连接点牢固连接，降低接触电阻，可以有效避免电气连接点发热。
3、对断路器直流接触电阻定期测量，只要断路器直流电阻不超标，在规程规定的范围内，可以防止断路器发热故障。
4、对于断路器动、静触头发热问题，一般是由于触头表面氧化或压簧压力不足导致，应对动静触头消除氧化层、重新镀银以及更换新的压力簧。
5、对于柜体框架、护板、隔板因产生涡流造成的发热和振动，可以采取隔断磁路的方法实现。也可以将产生涡流的部位更换成非导磁金属材料，例如不导磁的不锈钢、铜等材料。可以有效地防止涡流发热震动的产生。
四、结论
在电力设备生产运行中，由于实际设备状况、运行环境比较复杂，需要针对实际情况采用相应措施防止设备发热，有时需要采取多种措施才能取得预期效果。通过实践，我们在大电流开关柜预防发热方面取得诸多经验，消除多次发热隐患，实际运行效果良好。

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