高压开关柜过热原因探析及监测措施研究.docx

高压开关柜过热原因探析及监测措施研究

摘要：由于封闭式开关柜是封闭的，这就给此种开关柜埋下了一个致命弱点，无法直接观测其动静触头等部位，而开关柜的这些部位易容发热，这些过热缺陷若日积月累，必然会影响到设备运行的稳定性、可靠性，甚至损毁设备。文章探析了封闭式高压开关柜过热的原因，并提出了在线监测高压开关柜的措施。
关键词：高压开关柜；过热原因；监测措施；供电企业；电网安全；电力设备 ：A
：TM591 ：1009-2374（2016）36-0083-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.36.041
近年来，在经济飞速发展的带动下，人们的生活水平逐步提高，同时对电能的依赖性逐渐增强，因此确保电网的安全、可靠运行，保证能持续可靠地给用户供电，已成为各供电企业的重要使命。而要想保障电网的安全、可靠运行，电力企业一方面要强化电网网架结构；另一方面要确保当前各电力设备安全稳定运行。高压开关柜作为电力系统的重要组成部分，确保其安全可靠运行，对整个电网的连续、可靠供电至关重要。
1 封闭式高压开关柜过热故障及原因
接头是电力设备产生过热的主要部位，在整个电路中，依据电工理论，用Q=I2Rt可算出单个电气接头热量，式中：I代表接头截面电流；R代表接头电阻；t代表通过电流时间。电流经过导体就会有热量产生，若某个接头存在过大电阻，这一接头产生的热量也会比较多，若这些热量不能及时消散，热量便会在此聚集，导致此部位过热甚至烧毁。下文就以高压开关柜KYN28-12为例，简单探讨开关柜过热故障的原因。
1.1 封闭式高压开关柜主要构成
通常用三个相互独立的隔室来承放高压开关柜的主要一次设备，如断路器室、母线室、出线室等，把高压开关柜的二次设备在继电器室内独立承放。图1为KYN28-12型高压开关柜结构示意图：
1.2 封闭式高压开关柜过热的主要原因
单个KYN28-12高压开关柜的出线柜通过大电流的接头通常会有18个，其中6个为分布在断路器室内的手车触头，单个接头的手车触指通常会有10个以上流过带负荷的电流；有3个主接头分布在出线室进行出线电缆的连接；有6个主接头连接相应电流互感器；有3个T接点分布在母线室。这些接头中6个手车触头与3个出线电缆T接点是主要发热部位，而这两个部位都位于封闭式高压开关柜内，这就造成了值班人员用肉眼不能巡视，借助红外测温也无法找出热缺陷，若这些接头热缺陷部位发热过于严重，会使接头出现膨胀、变红，更有甚者会熔断，最终引发供电事故。
有很多原因都有可能造成封闭式高压开关柜出现发热缺陷，主要有：
1.2.1 电气连接部位不良接触，造成发热。检修人员作业失误或采用有缺陷的安装工艺是导致高压开关电气连接部位不良接触的主要原因，若施工中没有按相关工艺标准严格作业，存在安装工艺问题，这样很容易埋下过热隐患影响高压开关柜后期运行。如在连接安装母线时，若有油污或氧化物附着在母线表面，使母线不光滑、不平整，实际搭接面小于宽度的1.5倍，缺乏足够的搭接压力等都会导致增大母排联接点实际接触电阻，引发过热现象。因此必须重视监督高压开关柜安装质量，在施工时必须严格按照相关规程作业，这样才能更好地防止开关柜出现发热故障。
电气接头处以及设备线夹处接触面发生氧化，引发发热。在实际应用中设备接触面即使压接很紧，也會有缝隙存在，经过长时间运行，接触面便会出现氧化膜，接头发生氧化后会造成增大接触电阻，实际运行时会使接触面变热，而变热又会助推接触面氧化速度，这样循环反复，长期叠加最终引发发热故障。
1.2.2 手车触头不良接触，造成发热。长期运行致使触指压紧弹簧发生疲劳或水汽锈蚀弹簧，弹簧发生老化功能不足，造成触头与触指没有足够接触压力，二者不能充分接触，增大接触电阻，缩小有效载流截面出现过热。也有一些高压开关柜存在手车操作机构行程不足，致使手车不能摇到位，造成手车动静触头间没有足够插入深度，实际接触面不足导致发热温升，最终损害开关设备。为对手车触头发热进行有效防范，在检修开关柜时都应对手车触头烧损度进行仔细检查，并注重压力弹簧、触头插入深度的检查，这样可有效防范由于接头不良接触而造成发热。
1.2.3 负荷电流过大，造成发热。对于一些老旧变电站而言，它们采用的封闭式高压开关通常都比较老旧，并且大多没有足够的规划设计余度。在投入运行后，随着运行年限的增长，人们的用电负荷也会逐步增大，这时开关动静触头的实际载流量便很难适应负荷增长，加之设备长时间运行，动静触头发生氧化，实际接触电阻变大，这时触头便会发生局部发热现象，此外负荷电流的突变也会造成发热。
2 监测封闭式高压开关柜温度
2.1 当前监测封闭式高压开关柜的主要手段
2.1.1 测温片测温法。这种测温法比较老旧，为接触式测温法的一种，这种测温法主要是把示温蜡片粘贴在接触点或把发光材料涂抹在设备表面来进行测温。
2.1.2 红外测温法。这种测温法主要依据的是辐射定律，即任何自身温度比绝对零度高的物体都会时时发射红外辐射能量向周围空间，随物体温度的升高，它产生的辐射能量也会越强，可应用红外检测仪对设备发射在周围的红外辐射能量进行测量，再由相应的信号处理系统完成处理，这样就可得到设备表面的具体温度分布，最终得到设备的运行状态情况。
2.1.3 光纤测温法。这种测温法也属于一种接触式测温法，它在当前封闭式开关柜测温中的应用相对较多。依据光纤测温的原理与具体作用，可对光纤测温进行光纤光栅测温与光纤分布测温的划分，其中光纤分布测温主要是借助光纤后向拉曼散射与OTOR光时域反射原理来测温的，其测温发往较广，光纤光栅测温主要是借助感温光纤光栅处理器，对光栅反射光波长情况进行检测，来间接测待测物体温度。

2.1.4 无线测温法。这种测温法也是接触式测温法的一种，并且也被广泛应用于封闭式开关柜上。分布式测温传感器、温度采集器以及后台监控分析系统是无线测温系统的主要组成部分。无线测温法主要是通过在被测部位装设分布式测温传感器，让它直接接触高压电气设备，在高压室外安放温度采集器，借助无线通讯来传输测温传感器与温度采集器间信号，最终来实现温度测量。
2.2 各测温方式的主要优缺点
2.2.1 测温片测温。之前用的常规示温片测温法直观性强，但它准确性差，只能定性判断，无法定量测量，测温效果不是很理想。而采用热电阻测温与热电偶测温，需由金属导线向外输信号，并且高低压隔离难，在封闭式高压开关柜中无法应用。
2.2.2 红外测温。红外热成像仪是非接触式测温法的一种，它主要是通过对待测物辐射热能进行检测来测温的，被测物与测试仪间不应存在遮挡物，而由于封闭式开关柜在工作时通常不能打开柜门，这样红外测温仪便无法直接测开关柜内部温度，高压开关柜实际工作时采用此方法测量便不能真实反映内部温度。加之需有人工操作红外仪，不间断在线测量便无法完成，且测试人员个人因素会严重影响测温数据。
2.2.3 光纤测温。光纤本身绝缘性能通常都比较好，可在开关柜高压设备上直接装设光纤温度传感器来准确测量高压开关实际温度，但光纤也有一些致命弱点，如易折、易断、耐高温性差等。
2.2.4 无线测温。这种测温法是近年来发展起来的新型测温法，系统可靠性好，安全性高，可对高压开关柜实现不间断在线监测，无源无线温度传感器结构紧凑、体积小，可按照实际需求进行多样式外形设计，可在开关柜狭小节点间方便安装，与设备直接接触，对其具体温度进行测试，具有很高的测量精度。
3 结语
总之，有很多原因都有可能导致封闭式高压开关柜过热，可借助在高压开关柜中加装无线测温装置等现代技术手段来对开关柜内部元件结合部的实际温度状况进行实时掌握，以便在第一时间发现开关柜过热等异常情况，提前采取措施检修，这样可有效防范封闭式高压开关柜热故障事故，更好地保障电网的安全、稳定运行。
参考文献
[1] 尚丽.电气设备接头发热原因的分析及处理[J].大众 用电，2002，（10）.
[2] 许伟琳.高压开关柜的故障类型及其处理措施初探 [J].科技资讯，2010，（27）.
[3] 许一声，顾霓鸿.高压开关柜触头温度在线检测仪 [J].高压电器，2005，41（2）.

-全文完-