高压开关柜实际温升超标原因分析

高压开关柜实际温升超标原因分析

随着科学技术的发展，高压开关柜不断提升，进一步推动10kV、35kV系统开关柜的广泛使用，由于开关柜的密闭性，在负荷较重的地区，普遍存在开关柜的温升超标的现象。为了确保高压开关柜正常工作，本文通过分析高压开关柜实际温升超标的原因，同时提出相应的政策建议。
 
高压开关柜测温对国产JYN 、KYN 手车开关柜的实际温升都比较高，运行中开关柜的温升水平均超过型式试验测得数据，这是正常现象。但开关柜真正发热，为了进一步寻找确定温升超标的原因，通常情况下，需要从试验条件、金属膨胀效应、紧固螺栓压力等方面进行考虑。
 
随着科学技术的不断发展，使得电网设备技术得到提升，在电网中使得10kV 、35kV 系统开关柜得到广泛使用。在使用开关柜的过程中，普遍存在开关柜内部过热现象，并且由于开关柜的密闭性，在负荷较重的地区，引发开关柜的温升超标问题。
 
目前，对电力系统内部使用的开关柜，都要严格遵守设备采购程序及技术政策，确保入网的开关柜都通过型式试验，尤其对温升的要求比较严格。运行中，负荷通常都不会达到开关柜的设计满容量，开关柜的温升问题应该不会很突出，但是实际情况并不尽然。
 
根据相关理论进行分析可知，在实际运行过程中，通常情况下，负荷不会达到开关柜的设计满容量，更不会引发开关柜的温升问题。但是，实际情况并非如此。根据实际运行经验可知，随着负荷的不断增加，使得开关柜的温升迅速增加。当负荷超过开关额定电流的75%时，在这种情况下，温升尤为明显，此时早已不符合标准要求。当负荷比较低时，温升现象不明显。
 
在实际运行中，与试验室测出的温升数据相比，开关柜实际温升水平普遍比较高，并且多数情况下，当温升超标时，开关柜甚至远没有达到设计满容量。
 
㈠ 开关柜实际温升数据分析
1.1国产JYN手车柜
表1为某变电站2台同型号、同参数的10 kV主变开关柜的实测温升与负荷关系的统计。开关柜为福建某开关厂生产，JYN1-10型。测试温度为开关柜箱体的外表温度。
数据显示，随着负荷的增加，开关柜的温升迅速加快。当负荷接近1 900 A(约为开关柜额定电流2 500 A的76%)，温升尤为明显，最大达47℃，已经不符合标准要求(标准为满负荷条件下30℃)，而负荷较低时(1 200 A以下)，温升则不明显。
 
1.2国产KYN手车柜
表2为某变电站10 kV主变开关柜的实测温升与负荷关系的统计，开关柜为扬州某开关厂生产，KYN28-10型，配用VD4断路器。测温前打开部分顶盖，对开关柜箱体外表温度及主母排温度同时进行测试。
数据表明，母排最高温度已经达到100℃，温升88℃，明显超标(母排温升标准为65℃)。由于该站温升问题比较突出，制造厂针对这一情况对该变电站10 kV开关柜1，2号母线桥采用新型钢重新制作，主母线铜排规格更换为2×TMY120×10(原规格为2×TMY100×10)，并进一步改进了通风系统。2号主变开关柜经改造后，其实测温度如表3所示。
改造后温升情况略有好转，但是与该开关柜型式试验提供的温升数据偏差仍然较大。
 
1.3合资厂的手车柜
某合资厂开关柜，为上海某开关有限公司生产，型号为8BK20，测试位置为开关柜箱体外表及内部母线母排。
此处，开关柜温升暂时没有超标，但是应该注意，此时负荷并没有达到额定容量的70%，但是温升已经接近上限。由此可见，合资厂产品虽然温升情况优于国产设备，但同样也存在温升超标情况。
数据证明，运行中的开关柜实际温升水平通常都要超过试验室测出的温升数据。而且，多数情况下温升超标时开关柜甚至远没有达到设计满容量。
 
㈡ 开关柜实际温升超标原因分析
开关柜内部实际温升情况，尤其是母排连接等部位，通常总是比型式试验测出的数据高。主要有以下几点原因：
 
⑴ 型式试验测得数据通常是在试验室完成的，持续时间不长，通常不超过8 h，不具备温升累积效应，不能等同于长期运行并持续发热的设备。
 
⑵ 不同金属的膨胀效应不同。钢制螺栓的金属膨胀系数要比铜质、铝质母线小得多，尤其是螺栓型设备接头，在运行中随着负荷电流及温度的变化，其铝或铜与铁的膨胀和收缩程度将有差异而产生蠕变，也就是金属在应力的作用下缓慢的塑性变形，蠕变的过程还与接头处的温度有很大的关系。实践证明，当接头处的运行工作温度超过80℃时，接头金属将因过热而膨胀，使接触表面位置错开，形成微小空隙而氧化。当负荷电流减小温度降低回到原来接触位置时，由于接触面氧化膜的覆盖，不可能是原安装时金属间的直接接触。每次温度变化的循环所增加的接触电阻，将会使下一次循环的热量增加，所增加的温度又使接头的工作状况进一步变坏，因而形成恶性循环。
 
⑶ 连接部位紧固螺栓压力不当。部分安装或检修人员在导体连接上认为连接螺栓拧得愈紧愈好，其实不然。特别是铝质母线，弹性系数小，当螺母的压力达到某个临界压力值时，若材料的强度差，再继续增加不当的压力，将会造成接触面部分变形隆起，反而使接触面积减少，接触电阻增大，从而影响导体接触效果。
⑷ 选用的导体材料电导率不满足要求，多数属于导体原材料纯度不够。
⑸ 现场的其它因素，比如可能存在安装检修工艺不当，如母线在加工、连接、安装过程中，对母线接触表面处理不到位、不平整、不光滑、没有涂专用电力脂等，导致有效接触面积减少接触电阻增大而发热。
 
㈢ 结束语
开关柜型式试验中的温升数据，并不能正确反映运行中的开关柜实际温升水平，特别是长期运行负荷比较重的开关柜，由于长时间温升的累积效应，运行中的开关柜实际温升水平通常都要超过试验室测出的温升数据。部分制造厂对开关柜实际运行中的温升水平并没有深入地研究，比如大多数厂家给额定3 150 A的开关柜按照2 500 A的标准启动风扇，在开关柜经历长时间的高负荷运行后，再采取这个标准是不合理的，通常是风扇没有启动，温升早已超标了。
所以，选用开关柜设备的时候，不能盲目相信制造厂的试验室数据，在日常运行维护管理中，也不能盲目套用试验室的数据标准。实践经验，往往也是非常重要的。只有重视实践，并不断针对实际情况，分析解决问题，才能真正把对设备的安全运行管理工作做到实处。