高壓開關柜實際溫升超標原因分析

隨著科學技術的發(fā)展，高壓開關柜不斷提升，進一步推動10kV、35kV系統(tǒng)開關柜的廣泛使用，由于開關柜的密閉性，在負荷較重的地區(qū)，普遍存在開關柜的溫升超標的現(xiàn)象。為了確保高壓開關柜正常工作，本文通過分析高壓開關柜實際溫升超標的原因，同時提出相應的政策建議。
 
高壓開關柜測溫對國產(chǎn)JYN 、KYN 手車開關柜的實際溫升都比較高，運行中開關柜的溫升水平均超過型式試驗測得數(shù)據(jù)，這是正?，F(xiàn)象。但開關柜真正發(fā)熱，為了進一步尋找確定溫升超標的原因，通常情況下，需要從試驗條件、金屬膨脹效應、緊固螺栓壓力等方面進行考慮。
 
隨著科學技術的不斷發(fā)展，使得電網(wǎng)設備技術得到提升，在電網(wǎng)中使得10kV 、35kV 系統(tǒng)開關柜得到廣泛使用。在使用開關柜的過程中，普遍存在開關柜內(nèi)部過熱現(xiàn)象，并且由于開關柜的密閉性，在負荷較重的地區(qū)，引發(fā)開關柜的溫升超標問題。
 
目前，對電力系統(tǒng)內(nèi)部使用的開關柜，都要嚴格遵守設備采購程序及技術政策，確保入網(wǎng)的開關柜都通過型式試驗，尤其對溫升的要求比較嚴格。運行中，負荷通常都不會達到開關柜的設計滿容量，開關柜的溫升問題應該不會很突出，但是實際情況并不盡然。
 
根據(jù)相關理論進行分析可知，在實際運行過程中，通常情況下，負荷不會達到開關柜的設計滿容量，更不會引發(fā)開關柜的溫升問題。但是，實際情況并非如此。根據(jù)實際運行經(jīng)驗可知，隨著負荷的不斷增加，使得開關柜的溫升迅速增加。當負荷超過開關額定電流的75%時，在這種情況下，溫升尤為明顯，此時早已不符合標準要求。當負荷比較低時，溫升現(xiàn)象不明顯。
 
在實際運行中，與試驗室測出的溫升數(shù)據(jù)相比，開關柜實際溫升水平普遍比較高，并且多數(shù)情況下，當溫升超標時，開關柜甚至遠沒有達到設計滿容量。
 
㈠ 開關柜實際溫升數(shù)據(jù)分析
1.1國產(chǎn)JYN手車柜
表1為某變電站2臺同型號、同參數(shù)的10 kV主變開關柜的實測溫升與負荷關系的統(tǒng)計。開關柜為福建某開關廠生產(chǎn)，JYN1-10型。測試溫度為開關柜箱體的外表溫度。
數(shù)據(jù)顯示，隨著負荷的增加，開關柜的溫升迅速加快。當負荷接近1 900 A(約為開關柜額定電流2 500 A的76%)，溫升尤為明顯，最大達47℃，已經(jīng)不符合標準要求(標準為滿負荷條件下30℃)，而負荷較低時(1 200 A以下)，溫升則不明顯。
 
1.2國產(chǎn)KYN手車柜
表2為某變電站10 kV主變開關柜的實測溫升與負荷關系的統(tǒng)計，開關柜為揚州某開關廠生產(chǎn)，KYN28-10型，配用VD4斷路器。測溫前打開部分頂蓋，對開關柜箱體外表溫度及主母排溫度同時進行測試。
數(shù)據(jù)表明，母排最高溫度已經(jīng)達到100℃，溫升88℃，明顯超標(母排溫升標準為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10 kV開關柜1，2號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)，并進一步改進了通風系統(tǒng)。2號主變開關柜經(jīng)改造后，其實測溫度如表3所示。
改造后溫升情況略有好轉(zhuǎn)，但是與該開關柜型式試驗提供的溫升數(shù)據(jù)偏差仍然較大。
 
1.3合資廠的手車柜
某合資廠開關柜，為上海某開關有限公司生產(chǎn)，型號為8BK20，測試位置為開關柜箱體外表及內(nèi)部母線母排。
此處，開關柜溫升暫時沒有超標，但是應該注意，此時負荷并沒有達到額定容量的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)設備，但同樣也存在溫升超標情況。
數(shù)據(jù)證明，運行中的開關柜實際溫升水平通常都要超過試驗室測出的溫升數(shù)據(jù)。而且，多數(shù)情況下溫升超標時開關柜甚至遠沒有達到設計滿容量。
 
㈡ 開關柜實際溫升超標原因分析
開關柜內(nèi)部實際溫升情況，尤其是母排連接等部位，通常總是比型式試驗測出的數(shù)據(jù)高。主要有以下幾點原因：
 
⑴ 型式試驗測得數(shù)據(jù)通常是在試驗室完成的，持續(xù)時間不長，通常不超過8 h，不具備溫升累積效應，不能等同于長期運行并持續(xù)發(fā)熱的設備。
 
⑵ 不同金屬的膨脹效應不同。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，尤其是螺栓型設備接頭，在運行中隨著負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系。實踐證明，當接頭處的運行工作溫度超過80℃時，接頭金屬將因過熱而膨脹，使接觸表面位置錯開，形成微小空隙而氧化。當負荷電流減小溫度降低回到原來接觸位置時，由于接觸面氧化膜的覆蓋，不可能是原安裝時金屬間的直接接觸。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一步變壞，因而形成惡性循環(huán)。
 
⑶ 連接部位緊固螺栓壓力不當。部分安裝或檢修人員在導體連接上認為連接螺栓擰得愈緊愈好，其實不然。特別是鋁質(zhì)母線，彈性系數(shù)小，當螺母的壓力達到某個臨界壓力值時，若材料的強度差，再繼續(xù)增加不當?shù)膲毫Γ瑢斐山佑|面部分變形隆起，反而使接觸面積減少，接觸電阻增大，從而影響導體接觸效果。
⑷ 選用的導體材料電導率不滿足要求，多數(shù)屬于導體原材料純度不夠。
⑸ 現(xiàn)場的其它因素，比如可能存在安裝檢修工藝不當，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、沒有涂專用電力脂等，導致有效接觸面積減少接觸電阻增大而發(fā)熱。
 
㈢ 結束語
開關柜型式試驗中的溫升數(shù)據(jù)，并不能正確反映運行中的開關柜實際溫升水平，特別是長期運行負荷比較重的開關柜，由于長時間溫升的累積效應，運行中的開關柜實際溫升水平通常都要超過試驗室測出的溫升數(shù)據(jù)。部分制造廠對開關柜實際運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3 150 A的開關柜按照2 500 A的標準啟動風扇，在開關柜經(jīng)歷長時間的高負荷運行后，再采取這個標準是不合理的，通常是風扇沒有啟動，溫升早已超標了。
所以，選用開關柜設備的時候，不能盲目相信制造廠的試驗室數(shù)據(jù)，在日常運行維護管理中，也不能盲目套用試驗室的數(shù)據(jù)標準。實踐經(jīng)驗，往往也是非常重要的。只有重視實踐，并不斷針對實際情況，分析解決問題，才能真正把對設備的安全運行管理工作做到實處。