摘  要：10kV开关柜长期运行，弹性疲乏、螺丝松动、接触不良或其他原因，都会引起设备表面的持续发热，导电连接处温度升高，严重时将出现局部熔焊，产生火花或电弧放电，最终造成电气设备的损坏。为此对开关柜触头发热的可能原因进行分析，并提出相应对策。在开关柜的触头上加装无源无线测温装置，以实时掌握设备的运行状况，避免接地、短路、火灾等严重事故的发生，及时发现发热点;为大电流开关增加散热风机，对风机和温度进行连锁控制，避免发热导致开关的稳定性下降，造成供电事故。

关键词：10kV开关柜;动静触头;梯形触指;发热

中图分类号：TM591   DOI：10.19768/j.cnki.dgjs.2021.07.026

0  引言

作为供配电系统重要设备的断路器，和开关柜之间连接动静触头承担电能的转换及传输。静触头、连接母排、动触头臂、梅花触指及断路器导电臂为高压开关柜中主要的发热元件。高压开关柜触头温度过高会导致开关柜中触头盒绝缘降低发生单相接地或相间短路，引发各类安全事故，造成电力系统瘫痪或人员伤亡中^[1]。本文对触头发热的原因进行分析，并提出相应的对策。

1  触头发热的主要原因

1.1  静触头跟母排连接面接触不良或固定螺栓松动

10kV开关柜静触头是一个圆形的铜体，通过螺栓与母排相连。开关柜的容量不同，静触头铜体、螺栓大小不同。若静触头与母排的接触面积和接触压力达不到规范要求，搭接面小于母排宽度的1.5倍，就会因缺乏足够的搭接压力而导致母排联接点实际电阻增大^[2]。若静触头及母排截流偏小，就可引起高压开关触头温度异常。母排与静触头连接面镀银或镀锡，可提高导电性能，降低导电热效应。与静触头连接的母排一般选用铜排，避免铜铝过渡而产生热量。坚固螺栓采用力矩扳手，坚固力矩不能过松也不能过紧，过松会造成接触不良，而过紧会使金属面发生蠕变，导致螺栓周围的金属上翘，使接触面积减少。坚固力矩参照表1。
1.2  动触头坚固弹簧张力不足或选材不当

10kV手车式开关柜采用滑动接触结构，断路器的动触头由多片梯形触指组成。梯形触指安装在触指支架上，梅花触头支架由两个圆形圈及连接杆组成，一般用弹簧把梯形触指坚固在支架上。断路器在工作状态时，触指与静触头和导电臂的接触电阻由坚固弹簧张力决定。坚固弹簧张力不足时，动静触头接触电阻会增大，根据电流的热效应公式Q=I²Rt可知发热会增大，而触头热量传给弹簧，使得弹簧螺旋体的弹性变大^[3]。若张力进一步下降，则会加剧触头的发热。对发热损坏的触头进行检查，发现静触头表面有明显电弧灼伤痕迹，梯形触指在运行过程中存在放电^[4]，若不能及时发现和处理就会导致单相接地或短路事故的发生。

固定弹簧张力的大小与弹簧的材质、弹簧粗细、弹簧螺旋体紧密程度有关。梯形触指圆形固定圈与弹簧需采用非磁性材料，若为磁性材料，通过电流时就会形成涡流过热，导致弹簧的弹性系数下降，造成触指的紧固力降低^[5]。断路器容量不同，弹簧型号也不同，在更换弹簧时应对弹簧型号进行检查，检测弹簧的张力是否满足使用要求。

1.3  断路器导电臂连接过松

断路器导电臂与断路器本体触座使用螺栓进行连接，若连接螺栓紧固力偏小，在电动力作用下，导电臂与触座接触电阻将增大，发热可导致真空断路器损坏，因此需定期对固定螺栓进行紧固。

2  开关柜触头发热对策

2.1  正确测量开关柜回路电阻

由于开关柜设备发热故障大多由触头接触不良造成，因此在维护检修时对断路器直流接触电阻进行定期测量。因弹簧通过大电流会发热退火，易导致弹簧断裂，故在测量真空断路器的回路接触电阻时，不允许电流夹子夹在弹簧上。测量用的夹钳跟触指的接触面小，极易引起测量数据的不准确，因此可制作专门的触指连接件，测量时夹钳跟连接件相连，可减少测量误差。通过测量发现接触电阻超标的部位后，应及时进行处理。

2.2  触头及弹簧的材质要求

需对更换的部件进行材质检查。对弹簧用吸铁石检查，确保更换的弹簧为非磁性材料。检测弹簧的张力是否满足使用要求，及时更换老化变色的弹簧，对由弹簧紧固力引起的发热可考虑更换弹簧弹力大一级的弹簧。若固定力矩达到标准，动触头不发热而静触头发热，则最主要的原因是静触头与母排接触不良，母排和静触头的铜质达不到要求，母排、静触头的通流能力偏小，需更换合格的母排及静触头。

2.3  对发热量大的开关柜增加散热风机

高压开关柜的密封性较好，热量不易散发，而强制对流散热的效果可达到自然散热的3~8倍，因此一般在总进线柜、母联柜负荷较大的断路器室和母线室的顶部增加散热风机，及时把产生的热量疏散，减少开关柜热堆效应。对风机和温度进行连锁控制，温度低时停风机。风机的配置不低于两台，分开控制，便于一台风机故障时，另一台仍能正常运行。对负载较重的开关柜，订货时要求厂家在断路器室和母线室的柜顶配风机。风机的进气口设置防尘设施，风机跟开关柜接触面用不锈钢挡网，避免灰尘和异物进人开关柜内部。

2.4  负荷大的开关采用RFID无线无源电力在线测温技术

无线测温技术采用无线通信传输温度信号，具有优异的绝缘性能，能隔离开关柜的高压。测温传感器直接安装在发热点上，可准确测量监测位置的运行温度，实现开关柜运行温度的在线监测^[6]。RFID测温工作原理如图1所示。
图1中的工作电源为收集器电源，收集器发射射频讯号后透过天线向测温传感器询问温度数据→测温传感器收到指令后回传数据→收集器接收到的温度数据经由Mod-Bus通信传送到显示表头，再由表头连接SCADA或上传云平台，通过手机App查看。

在需监测温度的断路器每只梅花触头上安装夹爪无源无线测温监视传感器(如图2所示)，静触头上用束线带固定方式安装无源无线测温监视传感器(如图3所示)，天线射频器利用自身强磁吸附在断路器室侧板上(如图4所示)，收集器敷设到开关柜继电器室。收集器接收到的温度数据经RS485通信线传送到通信管理机，后台温度测量软件采集、储存上传数据，再由后台软件的组态实现温度实时显示、温度越限报警、报表查询等功能。
一个收集器可接收四路天线输人信号，射频线有效距离不超过5m。某公司现用的10kV开关柜为KYN28C-12中置式开关柜，根据井1变电站各台开关的负荷及日常巡检记录，选取10台开关对断路器触头加装测温传感器，每台断路器动触头安装6只测温传感器，测量断路器三相上下触头温度。收集器把信号传到通信管理机，再引入#1变电站监控系统。通过实时在线对开关触头温度进行监测，便于操作人员监控。设定相应的温度报警值，通过报警系统发出报警，提示检测人员对问题区域进行检测^[7]。在负荷较大的开关柜超过报警温度值时，及时启动散热风机。改造后的系统网络结构如图5所示。由于合成氨变电站的氨对铜的腐蚀问题，母线选用铝母线，静触头为铜触头。经查，有2台开关的断路器易发热，于是在开关柜的静触头上安装束线带固定式无源无线测温传感器,对静触头进行温度监测。
3  效果分析

2018年4月2日对供电负荷较大开关触头安装测温传感器，并于当天安装、调试正常后投入运行，至今各测温设备运行稳定、监控系统通信正常、温度数据采集准确，变电站监控画面都能实时显示断路器电气接点的温度参数。通过测试，测温传感器常温误差为1℃，在35~42℃时误差小于0.1℃。通过查询历史运行数据，可对温度异常的断路器触头进行重点关注，制定预防和实施处理措施，列入维护检修计划，以便事先准备好备件，利用装置停车机会择时进行处理，不仅可减少检修维护人员的工作量，还可减少开关设备停车对生产装置造成的非计划停车损失，间接产生经济效益。

某公司磨矿装置进线开关4601的额定电流为2500A，负荷电流为850~1300A，加装测温传感器后，运行温度一直在35~40℃。2019年6月3日17时35分，电站监控系统显示4601断路器A相温度异常，柜顶轴流风机启动，B相、C相的温度值仍为35~40℃。查询4601开关历史运行数据，A相温度从2019年6月1日13时25分开始小幅上升，6月3日17时35分上升至50℃，监控系统报三相温度偏差过大，在此期间4601开关的负荷电流均为1650A左右。于是2019年6月7利用磨矿装置停车机会，抽出1650A断路器后发现A相触指固定弹簧变色，触臂与其他两相相比有明显色差。用力矩扳手对触臂固定螺栓进行检查，螺栓在标准力矩下松动。拆下触臂后，发现紧固弹簧垫断裂。更换弹簧和触指固定弹簧后，A相温度恢复正常。

4  结语

发热是一切设备故障的最终表现，温度在线监测能及时发现设备隐患和缺陷。同时，RFID无线无源电力在线测温技术在可靠性、扩展性、成本和安装维护等方面均具有突出优势^[6]，已成功应用到变电站各类高压开关柜中，且数据可传输到云平台、计算机和手机App。

参考文献

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[2]杜中华.高压开关柜过热原因探析及监测措施研究[J].中国高新技术企业,2016(3)：83-84.

[3]曾文清.高压开关柜触头发热的原因分析和应对措施[J].冶金动力,2016(8)：46-47.

[4]卢丽梅.一起35kV开关柜局部放电故障分析及处理[J].价值工程,2018,37(10)：210-212.

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[6]刘朝霞.高压开关柜无线测温系统设计[J].电力安全技术，2015,17(7)：40-42.

[7]边小东.高压开关柜实际温升超标的原因及对策研究[J].中国高新技术企业,2013(5)：93-95.

收稿日期：2020-10-10

作者简介：苏红生(1969-),高级工程师,从事电器技术及公用工程管理工作。