高壓開關(guān)柜實(shí)際溫升超標(biāo)原因分析

對國產(chǎn)JYN、KYN手車柜和合資廠生產(chǎn)的8BK20開關(guān)柜的實(shí)際溫升數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行中開關(guān)柜的溫升水平均超過型式試驗(yàn)測得數(shù)據(jù)。然后，從試驗(yàn)條件、金屬膨脹效應(yīng)、緊固螺栓壓力、導(dǎo)體材料電導(dǎo)率等方面進(jìn)一步分析了溫升超標(biāo)的原因。zui后提出建議，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選用和維護(hù)開關(guān)柜。隨著電網(wǎng)的發(fā)展和設(shè)備技術(shù)的提高，10，35kV系統(tǒng)開關(guān)柜在電網(wǎng)中已大量使用。而開關(guān)柜的內(nèi)部過熱現(xiàn)象已成為開關(guān)柜使用中的常見問題，由于開關(guān)柜體的密閉性，在一些負(fù)荷較重的地區(qū)，存在開關(guān)柜的溫升超標(biāo)問題。開關(guān)柜的溫升超標(biāo)，直接影響設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，而且，過熱問題是一個(gè)不斷發(fā)展的過程，如果不加以控制，過熱程度會(huì)不斷加劇，并對絕緣件的性能及設(shè)備壽命產(chǎn)生很大的影響。
目前，對電力系統(tǒng)內(nèi)部使用的開關(guān)柜，嚴(yán)格遵守設(shè)備采購程序及技術(shù)政策，確保入網(wǎng)的開關(guān)柜都通過型式試驗(yàn)，尤其對溫升的要求比較嚴(yán)格。運(yùn)行中，負(fù)荷通常都不會(huì)達(dá)到開關(guān)柜的設(shè)計(jì)滿容量，開關(guān)柜的溫升問題應(yīng)該不會(huì)很突出，但是實(shí)際情況并不盡然。
1.      開關(guān)柜實(shí)際溫升數(shù)據(jù)分析 .
1.1 國產(chǎn)JYN手1       國產(chǎn)JYN手車柜表1為某變電站2臺(tái)同型號(hào)、同參數(shù)的10kV主變開關(guān)柜的實(shí)測溫升與負(fù)荷關(guān)系的統(tǒng)計(jì)。開關(guān)柜為福建某開關(guān)廠生產(chǎn)，JYN1-10型。測試溫度為開關(guān)柜箱體的外表溫度。數(shù)據(jù)顯示，隨著負(fù)荷的增加，開關(guān)柜的溫升迅速加快。當(dāng)負(fù)荷接近1 900 A約為開關(guān)柜額定電流2 500A的76%，溫升尤為明顯，zui大達(dá)47℃，已經(jīng)不符合標(biāo)準(zhǔn)要求標(biāo)準(zhǔn)為滿負(fù)荷條件下30℃，而負(fù)荷較低時(shí)1 200A以下，溫升則不明顯。
1.2 國產(chǎn)KYN手車柜 表2為某變電站10kV主變開關(guān)柜的實(shí)測溫升與負(fù)荷關(guān)系的統(tǒng)計(jì)，開關(guān)柜為揚(yáng)州某開關(guān)廠生產(chǎn)，KYN28-10型，配用VD4斷路器。測溫前打開部分頂蓋，對開關(guān)柜箱體外表溫度及主母排溫度同時(shí)進(jìn)行測試。數(shù)據(jù)表明，母排zui高溫度已經(jīng)達(dá)到100℃，溫升88℃，明顯超標(biāo)母排溫升標(biāo)準(zhǔn)為65℃。由于該站溫升問題比較突出，制造廠針對這一情況對該變電站10kV開關(guān)柜1，2號(hào)母線橋采用新型鋼重新制作，主母線銅排規(guī)格更換為2×TMY120×10原規(guī)格為2×TMY100×10，并進(jìn)一步改進(jìn)了通風(fēng)系統(tǒng)。2號(hào)主變開關(guān)柜經(jīng)改造后，其實(shí)測溫度如表3所示。改造后溫升情況略有好轉(zhuǎn)，但是與該開關(guān)柜型式試驗(yàn)提供的溫升數(shù)據(jù)偏差仍然較大。
 1.3 合資廠的手車柜某合資廠開關(guān)柜，為上海某開關(guān)有限公司生產(chǎn)，型號(hào)為8BK20，測試位置為開關(guān)柜箱體外表及內(nèi)部母線母排。此處，開關(guān)柜溫升暫時(shí)沒有超標(biāo)，但是應(yīng)該注意，此時(shí)負(fù)荷并沒有達(dá)到額定容量的70%，但是溫升已經(jīng)接近上限。由此可見，合資廠產(chǎn)品雖然溫升情況優(yōu)于國產(chǎn)設(shè)備，但同樣也存在溫升超標(biāo)情況。數(shù)據(jù)證明，運(yùn)行中的開關(guān)柜實(shí)際溫升水平通常都要超過試驗(yàn)室測出的溫升數(shù)據(jù)。而且，多數(shù)情況下溫升超標(biāo)時(shí)開關(guān)柜甚至遠(yuǎn)沒有達(dá)到設(shè)計(jì)滿容量。
2.      開關(guān)柜實(shí)際溫升超標(biāo)原因分析開關(guān)柜內(nèi)部實(shí)際溫升情況，尤其是母排連接等部位，通常總是比型式試驗(yàn)測出的數(shù)據(jù)高。主要有以下幾點(diǎn)原因：
1   型式試驗(yàn)測得數(shù)據(jù)通常是在試驗(yàn)室完成的，持續(xù)時(shí)間不長，通常不超過8h，不具備溫升累積效應(yīng)，不能等同于長期運(yùn)行并持續(xù)發(fā)熱的設(shè)備。
2  不同金屬的膨脹效應(yīng)不同。鋼制螺栓的金屬膨脹系數(shù)要比銅質(zhì)、鋁質(zhì)母線小得多，尤其是螺栓型設(shè)備接頭，在運(yùn)行中隨著負(fù)荷電流及溫度的變化，其鋁或銅與鐵的膨脹和收縮程度將有差異而產(chǎn)生蠕變，也就是金屬在應(yīng)力的作用下緩慢的塑性變形，蠕變的過程還與接頭處的溫度有很大的關(guān)系。實(shí)踐證明，當(dāng)接頭處的運(yùn)行工作溫度超過80℃時(shí)，接頭金屬將因過熱而膨脹，使接觸表面位置錯(cuò)開，形成微小空隙而氧化。當(dāng)負(fù)荷電流減小溫度降低回到原來接觸位置時(shí)，由于接觸面氧化膜的覆蓋，不可能是原安裝時(shí)金屬間的直接接觸。每次溫度變化的循環(huán)所增加的接觸電阻，將會(huì)使下一次循環(huán)的熱量增加，所增加的溫度又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當(dāng)。部分安裝或檢修人員在導(dǎo)體連接上認(rèn)為連接螺栓擰得愈緊愈好，其實(shí)不然。特別是鋁質(zhì)母線，彈性系數(shù)小，當(dāng)螺母的壓力達(dá)到某個(gè)臨界壓力值時(shí)，若材料的強(qiáng)度差，再繼續(xù)增加不當(dāng)?shù)膲毫Γ瑢?huì)造成接觸面部分變形隆起，反而使接觸面積減少，接觸電阻增大，從而影響導(dǎo)體接觸效果。
4   選用的導(dǎo)體材料電導(dǎo)率不滿足要求，多數(shù)屬于導(dǎo)體原材料純度不夠。
5  現(xiàn)場的其它因素，比如可能存在安裝檢修工藝不當(dāng)，如母線在加工、連接、安裝過程中，對母線接觸表面處理不到位、不平整、不光滑、沒有涂電力脂等，導(dǎo)致有效接觸面積減少接觸電阻增大而發(fā)熱。
3結(jié)束語
開關(guān)柜型式試驗(yàn)中的溫升數(shù)據(jù)，并不能正確反映運(yùn)行中的開關(guān)柜實(shí)際溫升水平，特別是長期運(yùn)行負(fù)荷比較重的開關(guān)柜，由于長時(shí)間溫升的累積效應(yīng)，運(yùn)行中的開關(guān)柜實(shí)際溫升水平通常都要超過試驗(yàn)室測出的溫升數(shù)據(jù)。部分制造廠對開關(guān)柜實(shí)際運(yùn)行中的溫升水平并沒有深入地研究，比如大多數(shù)廠家給額定3150 A的開關(guān)柜按照2 500A的標(biāo)準(zhǔn)啟動(dòng)風(fēng)扇，在開關(guān)柜經(jīng)歷長時(shí)間的高負(fù)荷運(yùn)行后，再采取這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是不合理的，通常是風(fēng)扇沒有啟動(dòng)，溫升早已超標(biāo)了。所以，選用開關(guān)柜設(shè)備的時(shí)候，不能盲目相信制造廠的試驗(yàn)室數(shù)據(jù)，在日常運(yùn)行維護(hù)管理中，也不能盲目套用試驗(yàn)室的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，往往也是非常重要的。只有重視實(shí)踐，并不斷針對實(shí)際情況，分析解決問題，才能真正把對設(shè)備的安全運(yùn)行管理工作做到實(shí)處。