开关柜金属材料问题研究及措施

杨军

国网株洲供电公司，湖南 株洲 412000

摘要:随着我国电网的发展，针对开关柜的故障分析越来越重要。目前对开关柜故障的分析大多忽视了不同材料属性对开关柜使用性能和寿命的影响。本文以开关柜金属材料问题为切入口进行分析研讨，并根据不同的原因制定不同措施，从根本提升开关柜质量。

关键词:开关柜；金属材料；故障分析；提升措施

1 背景介绍

随着我国电力行业的高速发展，对开关柜的需求增长巨大，而开关柜产品质量良莠不齐，开关柜故障发生率高，给电网安全稳定运行带来较大影响。

目前针对开关柜故障的分析大多从电气方面入手，将故障原因归结为电流过大、零部件失效等，忽视了不同材料属性对开关柜使用性能和寿命的影响。为深入研究开关柜发生缺陷故障的原因，从本质方面提升设备质量，现对开关柜金属材料问题进行分析研讨。

2 原因分析及提升措施

深入分析开关柜质量问题，重点剖析跟材料有关方面的问题，大致分为温升问题、机械传动问题、防爆问题等。

2.1 温升问题

温升过高是开关柜常见的问题，据统计，在严重故障中，过热类严重故障占比接近两成。开关柜温升过高的部位主要集中在母线静接触部位和柜体等。

2.1.1 母排

根据近年试验检修经验发现，靠近母线进线接线处容易出现温升过高问题。

2.1.1.1原因分析

（1）母排材质不合格，掺入杂质元素导致在大电流通过时易产生发热。

（2）未镀银或镀银层厚度不足。

（3）母排连接处使用的螺母未进行防松处理。

2.1.1.2提升措施

（1）开关柜母排材质应为T2铜，铜的含量不低于99.9%，导电率不应低于97%IACS。

（2）所有母排连接的导电接触部位应采用镀银处理，且镀银层厚度不应小于8μm；所有母排搭接面采用压花工艺。

（3）厂家应在柜内关键连接部位选用防松措施进行连接。

2.1.2 柜体

目前柜体发热主要是由于部分厂家在设计柜体时，对于易产生涡流的位置采用导磁材料且未采取隔断磁路的措施，导致运行中柜体发热严重。

2.1.2.1原因分析

开关柜体一般采用敷铝锌板，其磁导率较高，当柜内导体通过交流电流时将产生涡流损耗，从而产生大量热量造成温升超标。

2.1.2.2提升措施

对各类标准柜型易产生涡流的位置，如进线隔板、母线侧板、上下触头隔板及部分支架等位置应使用304及以上牌号的奥氏体不锈钢。

2.2 机械传动问题

机械传动结构故障直接影响到手车开关的正常运行，开关柜机构卡涩及损坏失效故障占开关柜运行故障中的比例较高。

2.2.1 地刀操作机构

开关柜的接地刀闸实际操作过程中由于地刀刀口夹紧力较大，经常出现地刀合闸后无法直接通过手动操作杆分闸。

2.2.2.1原因分析

地刀在大部分时间下都处于分闸状态，动作次数很少，刀口位置极易积灰，导致刀头动作卡涩。

2.2.2.2提升措施

地刀刀头的润滑应采用耐粉尘污染的润滑脂，保证地刀动静触头不会因为长期暴露在空气中而产生卡涩。

2.2.2 储能弹簧连接处

由于储能弹簧储存能量较大，此类位置在工作时应力及振动都较剧烈，在使用过程中极易出现卡扣脱出断裂、螺母松脱等缺陷，导致储能失败。

2.2.2.1 原因分析

（1）弹簧固定端用闭口销材质和性能不符合要求，导致在震动中出现断裂，弹簧脱落。

（2）弹簧固定端用的螺母在固定端旋转动作下松脱，导致弹簧脱落。

2.2.2.2 提升措施

（1）在闭口销和固定座表面之间增加垫片,缓解闭口销在弹簧储能及能量过程中与构架表面的周向摩擦。

（2）对于连接旋转端使用的螺母，应考虑使用防松螺母或采用双螺母固定方式。

2.2.3 手车开关导轨

手车开关导轨在长期动作过程中变形后将导致手车开关操作卡涩，主触头接触不良，导致故障发生。

2.2.3.1 原因分析

（1）手车开关材质和机械强度不满足需求，在长期进出动作中变形。

（2）检修工作中未对导轨变形情况进行检测和修复。

2.2.3.2 提升措施

（1）强化开关柜导轨材质及尺寸到货验收。

（2）加强开关柜导轨变形情况检测

2.3 防爆问题

由于运行工况、设备老化，开关柜存在发生燃弧事故的可能性。为保障人身、电网、设备安全，针对开关柜的防爆，对各部件金属材料做出分析，针对现有问题提出改进措施。

2.3.1 柜体

柜体主体应有足够的强度，防止在事故中变形损毁，危及人身安全、扩大事故范围。其附属部件如强度、密封不达标，将形成薄弱环节，在燃弧爆炸中亦可能成为气体压力的宣泄口。

2.3.1.1 原因分析

（1）主体钢板强度不达标。部分厂家选用的外壳材料用敷铝锌钢板厚度不足2mm，导致柜体整体强度不足，无法满足防爆要求。

（2）防护等级不达标。调研发现，部分厂家在柜体开孔，其封堵手段达不到防爆要求。其均有可能形成气体泄压通道。

（3）柜门紧固螺栓锁的强度不达标。若内部燃弧，造成柜门冲开，危及人身安全。

（4）柜门连接铰链强度不达标。

（5）观察窗防爆玻璃强度不达标。部分厂家的观察窗玻璃厚度不足，影响可靠性。

（6）观察灯防护盖板强度不达标。一旦发生事故，极易发生喷泄。

2.3.1.2 提升措施

（1）选用开关柜时应确认其母线室、断路器室、电缆室相互独立，且均通过相应内部燃弧试验；燃弧时间应不小于 0.5s，试验电流为额定短时耐受电流。

（2）开关柜的外壳应选用敷铝锌钢板，厚度不应小于2mm，具备足够的抗腐蚀与抗氧化能力。

（3）在开关柜制作安装阶段，要求对柜体的加固螺栓应使用8.8级及以上的镀锌标准螺栓并加强验收管理。

（4）所有带观察窗应采用观察窗必须为机械强度与外壳相当的内有接地屏蔽网的钢化玻璃遮板，严禁使用普通或有机玻璃。

（5）为保证柜门连接强度机械强度，确保发生意外事故时的人身安全，开关柜门的铰链不应使用铝及铝合金材质，建议使用45#钢及以上材质。验收时可抽检该部分材质，进行断面检查。

（6）要求照明灯的底座材质应为金属，采用底座和外部挡门的双重防护方式，并使用强度足够的紧固件进行紧固。

3 总结

本文从温升问题、机械传动问题、防爆问题等开关柜常见问题入手，从材质把控、检测校验、设计优化等技术角度提出了相应的提升措施。

但从长远来看，梅花触头夹紧力缺少有效的测试方法，对于绝缘件的射线检测标准尚不明确，柜体的某些易卡涩部位结构有待进一步统一规定。在这些方面的仍需进一步的研究以提升开关柜的健康运行水平。

参 考 文 献

1. 高压交流金属封闭开关设备[M]. 中国电力出版社 , 崔景春, 2016

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6. 金属封闭高压开关柜触头发热机理分析及预防过热故障措施探讨[J]. 丁健.  高压电器. 2012(08)

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作者简介：杨军

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