真空断路器触头发热原因与对策研究

真空断路器触头发热原因与对策研究

陈树新

广东冠豪高新技术股份有限公司

摘要：实践表明，“真空断路器”应用价值高，在多个领域均有所涉及，因其灭弧介质绝缘性理想，备受好评。真空断路器在推广期间，具有体积小等优点，在变电站、发电厂等核心输配电系统中地位较高。其使用，可以保障配电系统安全，属于重要配电辅助设备。但触头发热问题隐患较大，如果不对发热原因分析，提出合理的对策，将会造成重大隐患。基于此，本文开展触头发热原因的研究，意义重大。

关键词：对策；触头发热；原因；真空断路器

引言：真空断路器触头较为特殊，多采用梅花形触头，如在使用中过程中温升异常，大多原因为触头接触电阻的增大超过正常值（>75μΩ），阻值增大除了各种环境应力，如氧化、硫化、吸附等原因外，主要还存在因分断、接通电路过程中触头(电极)间产生的电弧放电作用。电弧放电造成的触头材料侵蚀、转移、材料的相变和高温下发生的化学反应，都会使接触电阻增加。在这一过程中，电弧的高温也会破坏触头表面的电镀材料，接触电阻也会增大。。与此同时，现实中的高压真空断路器在运行期间，动、静触头是其关键维护部位，一旦出现触头发热，就要采取措施处理，否则安全生产事故是很难避免的。

1真空断路器触头发热形成的危害

结合以往经验可知，出现触头接触不良时，可以明显感知到触头或对应的连接件温度远超环境温度。在这样的前提下，会增加绝缘击穿等事故可能性，需要高度重视。除此之外，真空断路器触头发热还将涉及热量扩散的问题，剩余的热量会过渡到其他元件上，这一点的危害较大。并在电流冲击下，加剧破坏力度，会让母线电气性能出现波动，严重将诱发扭曲、烧毁事故^[1]。事故一旦发生，影响就会比较严重，引起大范围停电十分常见，严重影响企业效益。

对于发电厂来说，需要特别关心触头的性能，开关触头的发热隐患较大，可能导致开关炸裂，从而直接迫使机组停机，威胁整个电网安全。基于此，在日常维护过程中,需要结合发热原因，完善相关管理制度，制定科学预防措施，并结合先进的技术，实施精细化管理。对设备接头温升异常等多项不利情况进行精准的监测，借此有效消除触头发热隐患，保障相关行业的平稳、可持续运行。本研究中真空断路器触头为捆绑式，结构见图1：

图1 真空断路器结构

2触头发热原因分析

我司真空断路器曾发生过热现象，故障的发现起源于巡检人员发现10kV配电室气味异常，检查出发现40AH2触头发热。测温发现，A相、B相、C相温度均过高，分别为69℃、145℃以及83℃。分析发现，发热原因如下：

2.1调试误差诱发的触头发热

真空断路器触头性能和结构比较特别，采用滑动接触结构，这样的结构设计存在好坏两方面的影响。一方面，方便了人员的检修，可以提高检修的效率；另一方面，基于这样的结构，安装调试难度升级，提出了细致且严格的要求。在现实工作中，需要做好精准调试，将误差合理控制，这是重要安全保障，不能轻视。如果调试误差较大，风险性将无法预估。工作期间，断路器性能会不断波动，同时发现动、静触头连接异样，在此基础上，出现较大过流间隙，在多重作用下，使接触电阻值上升。

2.2环境导致的触头发热

真空断路器重要设备，使用环境要求较高，长期在近海边潮湿环境中，空气中含盐分较高具有腐蚀性，对设备伤害较大。一般情况下，动、静触头分合过程会存在隐患，让触头形成氧化膜，导致触头间（动、静触头）电阻过大，在此基础上形成发热问题。现实中，随着温度的升高，会带来触头的紧固压力变化，使其不断地弱化，最终让断路器触头失去保护，出现烧伤情况。

2.3 设备安装工艺问题

结合现实可知，动、静触头的装配技术水平低、工艺差等问题，同样会引起触头发热，属于常见的发热因素。实际工作中，若动静触头的安装不达标，工艺不符合技术要求，就会形成明显的触头配合偏差。在这种偏差情况下，当开关推入后，会因接触面积不够，从而出现接触不良，导致电弧灼伤发生，从而引起触头发热^[2]。站在另外一个角度，静触头固定螺栓通常是安装在开关柜中的，一旦该螺栓出现松动，也会导致触头发热。

2.4触头氧化、脏污

现实中触头发热，还可能与触头氧化、脏污有关。作为动静触头来说，因为其结构特殊，所以是最容易氧化的部位，在使用中，不得不引起重视。实际操作中，触头连接处温度值得关注。研究发现，当温度超过80℃时，会产生物理变化，此处金属将受热膨胀，这样就会让接触表面位置出现偏离,形成微小的空隙。空隙的出现，会增加被氧化的可能。当负荷电流减小时，此处的温度自然会回落，让接触面回归原位，但由于氧化膜的覆盖，金属面无法实现直接接触。每次温度升高，意味着接触电阻将循环增加，触头发热概率就会显著提升。

2.5设备老化、变形

诱发触头发热的因素众多，除了上述原因外，设备老化、变形，也会增加接触电阻，导致触头发热。实践证明，触头经过长时间使用，原本触头的性能、参数以及机械强度等均会下滑，在这样的情况下，触头自闭力弹簧老化就会出现或者直接让弹性下降。工作中，上面的原因会让触头的接触压力弱化，让触头没有良好接触，直接导致接触电阻增大。触头接触不良状况下，如未及时处理，会促使接头的连接状况下滑，引起触头严重发热，情况再严重一些，就会让触头烧毁。

3 解决触头发热的措施

3.1 做好发热预防

真空断路器虽然对电力生产帮助较大，但其触头发热问题始终是较大隐患。如果发热问题不解决，生产风险性就会提升。工作中，想要对触头发热合理解决，就要参照触头发热原因，提出针对性措施，从源头保障真空断路器性能，确保其应用安全，降低断路器触头发热概率。为了实现对真空断路器发热的预防，需要首先改装柜型结构，促使柜型结构更加有利于设备安全运行，避免产生发热问题。 在实践中，在开关柜断路器室固定底板开孔加装轴流冷却鼓风扇，柜顶层增加强力抽风，。当断路器运行时，风扇可立即启动，从而降低触头表面温度，也降低自闭力弹簧失效的概率。自改造后我司40AH2开关柜触头发热的现象大大降低。

3.2设备选型把关

为了避免触头发热影响生产，就要在设备选型上把关。一般来说，对于低压小电流断路器额定电流不必选择大一级的相匹配，而中压大电流的真空断路器，在实际中额定电流就必须选择大一级或大二级的相匹配，比如额定电流为2000A的断路器，最好选择3150A的断路器，这样有一定的余量，虽然增加一定的投入成本，但在运行当中少出故障，保证设备安全运行，性价比还是较高的。

3.2加大质量验收力度

在进行安装质量验收时，需要采取以下措施。（1）验收时，为了保证验收数据精准，可以在断路器动、静触头等关键部位涂抹导电膏， 这样的措施十分有效，除了强化导电效果外，还可以起到润滑功能，在该项措施保障下，对动静触头咬合深度（重要指标）实施细致性检查。（2）在设备应用期间，触指插入触头深度原则上应贴合规范要求（上坡面≥ 15mm）。（3）维持触指压力的弹簧，在实际操作中，当动触头弹簧压力较弱时，为避免触头升温应及时更换。

3.3加装在线自动监测

除了要加强管理之外，还需要运用先进技术，实施精准的在线自动监测。研究发现，自动监测控制系统的运用，可以从源头降低触头发热概率。主要原理是：利用表带式传感器，使其尽可能靠近触头的部分，在此基础上，通过小CT线圈等接收、处理和转换模块，完成信号的放大处理。在实际运行中，只要触头温升异常，相应报警就会发出，并且启动跳闸指令。

在整个过程中，信号处理模块功效一定要保障好，在其助力下，可将分析结果传送，确保中控室计算机毫无保留接收，为实时调控分析提供数据。另外，在使用中，整体运行的调控主要是通过计算机实现，借助计算机系统，断路器运行阶段的核心参数可以完整检测出，借此发现隐患和故障。采用这样的方式，工作量可以得到控制（维护人员的），同时又可以将断路器故障处理效率提高，保障断路器经济运行。

结论：综上所述，真空断路器触头发热较为常见，诱因比较多。如果不能妥善解决，断路器的供电水平势必会受到影响。现实工作中，需要对触头发热的原因综合性分析，在此前提下得出配备自动化监测系统和加强管理的措施，借此保障断路器稳定、持久的供电性能。

参考文献：

[1]任振峰,张建忠.真空断路器触头发热原因分析[J].科技创新与应用,2019(02):82.

[2]王涛.VS1手车式真空断路器触头故障原因分析与预防[J].中国煤炭,2019,36(10):71-72.