高压开关柜断路器触头发热原因分析及预防措施

高压开关柜断路器触头发热原因分析及预防措施

王峰

杭州凯达电力建设有限公司 浙江 杭州 311100

摘要：温升是断路器的重要考核指标之一，如果温升过高，则会影响触头周围绝缘件的绝缘性能和强度，不利于断路器的安全工作；如果温升过低，即触头系统设计余量过大，触头系统外形尺寸过大，进而使得断路器的外形尺寸过大，不仅大大增加断路器成本，而且应用受到局限。而如今在新开关设计时，对结构紧凑要求越来越高，做好发热设计至关重要。

关键词：高压开关柜；断路器触头发热；预防措施

1研究背景

高压开关柜的种类。（1）固定开关装置，在某些变电所和煤矿中使用最多。此开关柜具有较大的容量和较大的容量，可将各类电子元器件灵活地安置在柜内。但是，传统的固定开关装置因其密封、防护能力差、故障率较高而逐步被淘汰。（2）我国部分电力设备因负荷小，多采用箱型配电柜。由于其体积较小，散热能力较差，因此不适用于电力系统中的大负荷场合。（3）新客户一般都会选用HXGN负载控制柜，因为它不但品种繁多，而且具有较高的保护级别，维修起来也方便。（4）目前市场上引进的产品多为落地式手推车，对箱体的强度有很高的要求。（5）目前在电网中使用最多的是台车切换装置，其优点也十分突出，市场前景广阔。

2高压开关柜断路器触头发热分析

2.1发热分析

断路器在额定工作电流下长时间通电，当触头系统的发热量与散热量相等时，即达到热平衡，断路器就处于热稳定状态，温度不再发生变化。此时断路器触头系统的温度叫做稳定工作时的温度。对断路器触头系统温度场进行分析，主要是对触头系统的发热情况和散热情况进行分析。

发热分析主要是分析触头系统在各种发热源的作用下累积发热的情况。断路器的发热主要来自三个方面：电流通过导体产生的电阻损耗；交流电器铁磁体内产生的涡流、磁滞损耗；交流电器绝缘体内产生的介质损耗。

2.1.1导体电阻发热

电流通过触头系统导电体产生的能量损耗叫做导体电阻发热。该部分的发热主要受导电体的载流量的影响，导电体载流量越大，导电体电阻越小，导电体发热越小，但是导电体的外形尺寸和重量也越大，使得断路器的外形尺寸和重量增大，断路器成本增高。

2.1.2接触电阻发热

接触电阻是动触头和静触头闭合时在接触处产生的附加电阻，与导体材料、接触面积、触头压力等情况有关。任何用肉眼看来磨得非常光滑的金属表面，实际都是粗糙不平的。当两金属表面互相接触时，只有少数凸出来的点发生了真正的接触，其中仅仅是一小部分金属接触或准金属接触的斑点才能导电，能导电的接触为有效接触。

2.2散热分析

散热分析则是分析触头产生的热量通过热传导、热对流和热辐射等热传递形式向周围散出的情况。

2.2.1热传导

热传导指物体之间或物体内部各部分之间发生热传递的现象，即温度高的物体或者同一物体温度高的部分的热量流向温度低的物体或者同一物体温度低的部分。

2.2.2热对流

热对流仅在流体中农存在，断路器触头系统中的热对流散热通常为自然对流散热。

2.2.3热辐射

热辐射是由电磁波传播能量，不需发热体与其他物体直接接触。发热体同时以热传导、热对流和热辐射三种方式散热，散热过程极其复杂，影响因素很多，一般很难用分析方法计算，工程应用中通常把这三种形式放在一起考虑。

3高压开关柜带电检修技术分析

3.1带电检修技术主要特征

高压开关柜在正常工作的状态下，会产生相应的辐射，带电检修技术的应用能够对工作期间产生的各项辐射信号进行识别获取，并能够对获取的辐射信号进行全面分析解码，形成热影像，以此对高压开关柜带电运行的实际情况进行准确的掌握。带电检修技术的应用，能够对高压开关柜运行潜在的故障风险进行分析，形成更完整的检修数据，从而对维修工作开展提供可靠的参考依据，让维修操作更具有针对性，提高故障预防和维修水平。带电检修技术在高压开关柜中应用能够更全面地对设备运行数据信息进行记录，通过深度分析和与历史数据进行对比，更好地对设备运行状态进行明确，及时发现问题和潜在风险信息，检修的准确率更可靠，每次检修的数据信息都能够自动保存下来，整体检修工作开展更加高效和便捷。

3.2无线电干扰带电检测技术

无线电干扰带电检测技术的应用，主要是针对高压开关柜中的电表装置进行干扰处理，采取干扰措施后，电表能够直接释放电磁波信号，然后对电磁波的各项参数数据进行获取与分析，从而实现对高压开关柜整体运行状态的掌握。无线电干扰技术在国外的应用时间较长，后期引入国内的时间相对较短，技术应用的成熟度还不是很高，还需要多借鉴国外的实践案例。

3.3介质损耗带电检测技术

介质损耗带电检测技术的应用主要就是通过对高压开关柜的绝缘材料性能水平进行检测，通过确定绝缘材料的绝缘性能是否在规定的范围，来判断高压开关柜装置的运行是否存在问题。在对绝缘材料进行检测的过程中，如果现实局部的热量超出了正常值，就表示绝缘材料出现了损坏，当绝缘材料损坏时，有可能导致局部放电故障出现，安全风险较大，就需要根据实际损坏的情况，选择更换新的绝缘材料或者进行相应的修复处理。

4应对的措施

4.1加强高压开关柜内部运行环境控制

（1）降低高压开关箱内的尘埃，如设置滤网、栅栏等。（2）严格地控制高压开关装置的工作温度。采用通风设备等措施，使高压开关柜的内部工作温度下降，从而降低了所产生的热。通过对高压开关柜操作过程中的温度进行影响和测量，从而实现对开关柜内部操作温度的控制。（3）对高压开关柜的温度进行严格的控制。为了降低高压开关柜内部的湿度，在高压开关柜中设置有干燥机。

4.2提高设备防护

35kV固态绝缘变压器和电磁变压器可以按照10%（但不低于1个）比例进行。三频耐压变压器的三频耐压测试，必须在局部放电测试的基础上进行。高压开关柜采用的是没有缝隙的复合绝缘的MOA，而不是采用串联间隙的。为避免由于低质量的电缆头制造过程中出现的绝缘事故，必须建立和实行电缆头生产追踪制度，从而提高生产技术和提高产品质量。

4.2材料选型和制造工艺改进

在对整个电网进行初步设计时，要对引起开关设备发生故障的多种因素进行分析，防止其发生危险，并采取相应的对策。开关柜的设计，包括柜体的安装，以及适当的电器部件的选用。当前市场上的电器元件种类繁多，设计者在进行设计时，要对其性能进行全面的分析，从运行的稳定性、安全性等方面进行优化，以使其达到最优的设计状态。要使各类电子元器件具有良好的特性，必须选用适当的工作环境。同时，为适应工程应用的需要，采用高性能的材料，以保证装置的安全运行。

4.3注重性能设计

在整个电网中，继电保护是保护的重要组成部分，所以在设计时一定要严格遵守。当然，这个设计并非一成不变。在实际应用中，为了更好地为电网的正常运行，必须对继电器的设计理念进行不断的完善。此外，在断路器电源不足的情况下，要及时进行继电器的替换，并对某些关键参数进行重新规划和设计。

结论

设计单位要严把选材关，优化设计结构，不断提升设计水平。施工单位要加强质量管理，严格落实装配、调试过程中每一个环节的工艺要求。运维单位要做好设备的日常维护及巡检工作，确保工作落实到位，不留死角。设备管理单位要做好新设备的入网验收工作并加强设备日常管理，确保设备安全可靠运行。

参考文献：

[1]张发军,潘亚培,李桂芹.高压开关柜的实际温升及发热解决措施[J].通信电源技术,2019,36(10):279-280.

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[3]李杨华.高压开关柜触头温度监测系统改造技术[J].科技与创新,2017,(03):120-121.

[4]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,(08):46-47.