高壓開關柜實際溫升超標原因分析

對國產(chǎn)JYN、KYN手車柜和合資廠生產(chǎn)的8BK20開關柜的實際溫升數(shù)據(jù)進行分析后發(fā)現(xiàn)，運行中開關柜的溫升水平均超過型式試驗測得數(shù)據(jù)。然后，從試驗條件、金屬膨脹效應、緊固螺栓壓力、導體材料電導率等方面進一步分析了溫升超標的原因。zui后提出建議，應根據(jù)實際情況選用和維護開關柜。隨著電網(wǎng)的發(fā)展和設備技術的提高，10，35kV系統(tǒng)開關柜在電網(wǎng)中已大量使用。而開關柜的內(nèi)部過熱現(xiàn)象已成為開關柜使用中的常見問題，由于開關柜體的密閉性，在一些負荷較重的地區(qū)，存在開關柜的溫升超標問題。開關柜的溫升超標，直接影響設備的安全穩(wěn)定運行，而且，過熱問題是一個不斷發(fā)展的過程，如果不加以控制，過熱程度會不斷加劇，并對絕緣件的性能及設備壽命產(chǎn)生很大的影響。
目前，對電力系統(tǒng)內(nèi)部使用的開關柜，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。
1.      開關柜實際溫升數(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臺同型號、同參數(shù)的10kV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 500A的76%，溫升尤為明顯，zui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 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zui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10kV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，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。
2.      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：
1   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8h，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。
2  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、鋁質母線小得多，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).
3  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。
4   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。
5  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、沒有涂電力脂等，導致有效接觸面積減少接觸電阻增大而發(fā)熱。
3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3150 A的開關柜按照2 500A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。