谈12kV高压开关柜设备的发热原因与其解决方法__期刊目录网,论文发
所属栏目：机械论文发表 发布时间：2011-02-25浏览量:197
副标题#e#摘要：本文针对广东地区的地域条件、天气条件及经济发展的需要，阐述解决高压开关柜发热问题的逼切性；从设计原理方面及运行方面指出高压开关柜的发热的主要原因并结合现有开关柜的设计水平与运用条件，提出相关解决方法。
关键词：12kV高压开关柜、设备、解决方法
一、前言
随着广东电网的飞速发展，中压侧即12kV侧大量使用高压开关柜设备。由于高压开关柜（下称“开关柜”）的大量使用，开关柜的大容量化、小型化与高可靠性的成为至关重要的课题。与其相关的发热问题也不可避免地成为逼切解决的问题。对于广东电网来说发热问题尤其突出，原因有两个：1、广东全省处于亚热带，大部分地区属亚热带季风气候，全省年最高温度为45℃，年最平均温度为22.3℃，最高日平均温度为38℃，相比我国北部地区，广东地区解决开关柜的发热问题的难度更大。 2、由于经济发展的需要，广东省尤其东南部的变电站其低压侧（12kV侧）的额定电流要求达到4000A，甚至5000A。巨大的开关柜容量，使其发热问题难以解决。本文主要针对以上问题在原理方面及运行方面叙述开关柜的发热原因，并提出相应的解决方法。
二、开关柜的发热原因
要说明开关柜的发热原因必须先说明开关柜的发热原理。开关柜的发热现象与热源及传热两方面相关。热源包括柜内的载流导体和导体接触损耗、导磁导体的涡流、磁滞损耗、绝缘材料的介质损耗和柜外热能等。传热包括：⑴热传导。指柜内所有固体物件之间由于温度不均匀产生温差，使至热能传递。⑵柜体对流。指柜内所有固体物件与相接触的空气间有温差产生的传热现象。而且可根据温差的方向不同，热能可从固体表面流向空气，反之亦然。⑶辐射。导体以电磁波形式传递能量，均可发射或接受辐射。
根据以上原理，总结开关柜的发热原因与柜内诸多的热源及不理想的传热途径有着分不开的关系。依据实际开关柜的情况来看，开关柜发热原因为：
1、载流导体的选择不当。根据焦耳定律当电流I（A）流过具有电阻值为R（Ω）的导体时产生的能量损失为功率P（W），功率P由式（1）决定。
P＝I2R 式（1）
其中R为载流导体的电阻，有些厂家为节省成本往往使用较为劣质的材料，由于纯度不够导致在相同额定电流的要求下，R值比较大，发热比较严重。
2、主母线之间、引下线等的接头部位存在较大的接触电阻。由于接头压力的限制，实际接触面积不可能很大，因此接触电阻值比载流导体的电阻值要大得多。较大的接触电阻在开关柜长时间运行后，接触面上会形成一层氧化膜，进一步增大接头的接触电阻，使接头的温度更高，这种接头变热又会加剧接触面氧化，如此反复，最后形成发热故障。
3、开关柜通风设计不合理，不能有效地加强柜内对流，特别一些重要的发热点。
4、人为操作不当。设备的安装时施工人员不按正确的安装工艺操作。如开关柜内小车式开关动触头与静触头的位置如有偏差，开关推入后接触部分就可能接触不良而造成发热。安装时断路器动静触头啮合深度为应达到15～25mm。另一个原因是安装接头螺丝的操作不当，不同的母线截面，不同的安装螺丝截面，其要求的力矩还有操作的步骤要求均有不同。若安装人员操作较为随意，没有严格按照相关的力矩及步骤安装，将会有的连接过紧而导致母线变形，有的连接过松而使母线接触不良，两种操作结果均使得接触电阻增大导致发热。
检修人员进行开关检修或试验时拆开部分连接点，在工作结束时，由于工作人员不按有关安装工艺恢复，导致与上述因不当施工结果一样使得接触电阻增大而#p#副标题#e#产生发热。
5、电网事故引起的影响。开关柜受到电网事故的短路电流冲击后，柜内的较薄弱连接环节就会严重发热，发热后连接点的材料会发生变形，并发生相应的物理与化学变化，发热后如不及时发现，再次受负荷冲击后，又会过热，经过多次反复的恶性循环，接头的连接状况越来越差，最后甚至造成接头熔断事故。
6、柜内导磁导体的涡流损耗、磁滞损耗、绝缘材料的介质损耗和柜外热能传递的影响。
三、解决开关柜的发热的方法
1、载流导体的选择应在满足额定电流的要求下，应选取选用纯度较高的原材料。如采用铜时，应采用优质的电解铜，其纯度大于99.9%。
选择开关柜主母线时，应在满足额定电流的要求下，尽量使用集肤效应较少的导体。由于集肤效应较大的导体其呈现的交流电阻比较大，选择集肤效应较少的导体，在一定程度上减少损耗。目前解决集肤效应最常用的方法是加长导体的周长，如使用扁导体就比使用圆导体要好得多。目前开关柜用得比较多的主母线形状是矩形母线与D型母线，其中矩形母线用得比较多。D型母线相对矩形母线来讲，由于结构上的特点从绝缘角度来讲，优化了电场结构，提高击穿电压，提高了开关柜的绝缘裕度；从直流电阻测试上来讲，降低了被测回路电阻，但由于D型母线存在较大集肤效应，相同截面的D形母线没有矩形母线的载流量大。两种母线型式应根据具体工程设计对比其技术与经济效益后选择应用。
2、要减少接触电阻，主母线之间、引下线等的搭接处两面搭接处两面应采用磨平处理并镀银，磨平后其平整度保证满足GB/T 5585.1一2005 要求，镀银厚度要求不小于6μm。采用磨平处理是考虑当搭接处的平整度相当时，搭接面在最大程度上达到面接触的水平，使接触电阻大大降低，发热便会减小。现在有的厂家采用压花处理，其实压花技术要求目前并没有相关的标准，每个生产厂家均有该厂的压花模具，使得压出来的效果及搭接的效果均有不同，由此产生的接触电阻也不尽相同甚至变化很大。但大致来说，由于压花的面并非平面，因此压花后搭接均为点接触，其接触电阻比较大，发热也大。
搭接面采用镀银是考虑进行防氧化处理。目前有的生产厂家采用镀锡处理，但锡熔点为231.9℃，而银的熔点为960.3~960.7℃，在相同的温度下，锡的氧化速度比银的氧化速度要快，所以使用镀银处理搭接面是比较合理的。
3、设计通风措施，加强柜内对流。在设计上确定设备的发热源，并在发热源部位要采取导热设计，如真空断路器的导热措施可采用风机导热，值得注意的是风扇避免直吹真空断路器，因为长期直吹真空断路器会导致积尘，影响断路器的绝缘性能；对热量的流通方向和路径进行评估，设计上要尽量采用减小风阻的设计，必要时可以用加风道的办法，以减小阻力；对实施隔离的设计，以及内部防护等级的设计和防触电设计，要考虑尽量围大不围小的方法，防止局部热量无法扩散；在进风和排风口设计时，要尽量保持有较大的风压，可加装风机实现。
4、避免人为的操作不当，应加强对施工人员、施工单位的素质检查与技术水平的考核；加强检修人员的技术水平的教育；加强工程验收的细致力度，只要从个人的技术水平的提高与对工作的重视态度的转变，才会有效杜绝人为操作不当的情况。
5、由电网事故引起的影响是不可避免的。目前最有效的办法是定期的测量。生产中广泛运用各种先进的温度测试设备，如红外线测温。值得一提的是，红外线是不能有效地穿透有机玻璃。一般来说，开关柜生产厂家为了满足开关柜的内部故障燃弧试验，其观察窗必需使用有机玻璃，若透过观察窗使用红外线测温，其数据不准，需要开关柜停电后开门才能测量。而实际上经常停电测温，在经济发展较快的部分地区是不现实的。
目前已出现无线测温系统，该系统把将温度传感器安装到开关柜内的#p#副标题#e#带电接头触点上，在线测量该点温度后，以无线方式将数据上传，集中显示，并实现超温报警，还可与变电站的二次系统连接，可远端监视设备温度运行状态，系统发现设备温度异常，自动远程报警，但是这是新生技术还没得到长期的运行经验验证，其抗电磁干扰能力，测量准确性还需进一步验证。因此，使用那种测温措施还需根据各地区的负荷情况而定，对于负荷不是很重的地区，可采用定期停电红外线测温；重负荷地区，可考虑无线测温系统。
6、柜内导磁导体的涡流损耗、磁滞损耗、绝缘材料的介质损耗均为不可避免的，但可通过较为合理的柜内布置减小其损耗。对于柜外热能传递的影响，可考虑通过降低配电装置室的温度，其措施可采用加强配电装置室的通风条件，通风设计的参数可使用开关柜最大发热量的基础上考虑一定的系数。另外，对于高温天气占大多数的部分地区，可考虑加装空调设备。
四、结束语
总之，随着12kV开关柜的大量使用，发热问题越来越受用户及生产厂家的重视，希望以上的述说是能在一定程度上帮助同行了解开关柜发热问题。
参考文献
【1】GB3906-2006 3.6kV~40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备,23~24
【2】DL/T404-2007，3.6kV~40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备,24
【3】钱家骊等编著，《高压开关柜－结构计算运行发展》，中国电力出版社,74~97
