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高压开关柜实际温升超标原因分析
山东正瑞电子有限公司
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     高压开关柜测温 对国产JYN、KYN手车柜和合资厂生产的8BK20开关柜的实际温升数据进行分析后发现,运行中开关柜的温升水平均超过型式试验测得数据。然后,从试验条件、金属膨胀效应、紧固螺栓压力、导体材料电导率等方面进一步分析了温升超标的原因。最后提出建议,应根据实际情况选用和维护开关柜。

      随着电网的发展和设备技术的提高,10,35 kV系统开关柜在电网中已大量使用。而开关柜的内部过热现象已成为开关柜使用中的常见问题,由于开关柜体的密闭性,在一些负荷较重的地区,存在开关柜的温升超标问题。

      开关柜的温升超标,直接影响设备的安全稳定运行,而且,过热问题是一个不断发展的过程,如果不加以控制,过热程度会不断加剧,并对绝缘件的性能及设备寿命产生很大的影响。

      目前,对电力系统内部使用的开关柜,严格遵守设备采购程序及技术政策,确保入网的开关柜都通过型式试验,尤其对温升的要求比较严格。运行中,负荷通常都不会达到开关柜的设计满容量,开关柜的温升问题应该不会很突出,但是实际情况并不尽然。

1 开关柜实际温升数据分析

    1.1 国产JYN手车柜

        表1为某变电站2台同型号、同参数的10 kV主变开关柜的实测温升与负荷关系的统计。开关柜为福建某开关厂生产,JYN1-10型。测试温度为开关柜箱体的外表温度。

        数据显示,随着负荷的增加,开关柜的温升迅速加快。当负荷接近1 900 A(约为开关柜额定电流2 500 A的76%),温升尤为明显,最大达47℃,已经不符合标准要求(标准为满负荷条件下30℃),而负荷较低时(1 200 A以下),温升则不明显。

    1.2 国产KYN手车柜

         表2为某变电站10 kV主变开关柜的实测温升与负荷关系的统计,开关柜为扬州某开关厂生产,KYN28-10型,配用VD4断路器。测温前打开部分顶盖,对开关柜箱体外表温度及主母排温度同时进行测试。

         数据表明,母排最高温度已经达到100℃,温升88℃,明显超标(母排温升标准为65℃)。由于该站温升问题比较突出,制造厂针对这一情况对该变电站10 kV开关柜1,2号母线桥采用新型钢重新制作,主母线铜排规格更换为2×TMY120×10(原规格为2×TMY100×10),并进一步改进了通风系统。2号主变开关柜经改造后,其实测温度如表3所示。

改造后温升情况略有好转,但是与该开关柜型式试验提供的温升数据偏差仍然较大。

    1.3 合资厂的手车柜

        某合资厂开关柜,为上海某开关有限公司生产,型号为8BK20,测试位置为开关柜箱体外表及内部母线母排。

        此处,开关柜温升暂时没有超标,但是应该注意,此时负荷并没有达到额定容量的70%,但是温升已经接近上限。由此可见,合资厂产品虽然温升情况优于国产设备,但同样也存在温升超标情况。

        数据证明,运行中的开关柜实际温升水平通常都要超过试验室测出的温升数据。而且,多数情况下温升超标时开关柜甚至远没有达到设计满容量。

2 开关柜实际温升超标原因分析

        开关柜内部实际温升情况,尤其是母排连接等部位,通常总是比型式试验测出的数据高。主要有以下几点原因:

       (1) 型式试验测得数据通常是在试验室完成的,持续时间不长,通常不超过8 h,不具备温升累积效应,不能等同于长期运行并持续发热的设备。

       (2) 不同金属的膨胀效应不同。钢制螺栓的金属膨胀系数要比铜质、铝质母线小得多,尤其是螺栓型设备接头,在运行中随着负荷电流及温度的变化,其铝或铜与铁的膨胀和收缩程度将有差异而产生蠕变,也就是金属在应力的作用下缓慢的塑性变形,蠕变的过程还与接头处的温度有很大的关系。实践证明,当接头处的运行工作温度超过80℃时,接头金属将因过热而膨胀,使接触表面位置错开,形成微小空隙而氧化。当负荷电流减小温度降低回到原来接触位置时,由于接触面氧化膜的覆盖,不可能是原安装时金属间的直接接触。每次温度变化的循环所增加的接触电阻,将会使下一次循环的热量增加,所增加的温度又使接头的工作状况进一步变坏,因而形成恶性循环。

       (3) 连接部位紧固螺栓压力不当。部分安装或检修人员在导体连接上认为连接螺栓拧得愈紧愈好,其实不然。特别是铝质母线,弹性系数小,当螺母的压力达到某个临界压力值时,若材料的强度差,再继续增加不当的压力,将会造成接触面部分变形隆起,反而使接触面积减少,接触电阻增大,从而影响导体接触效果。

       (4) 选用的导体材料电导率不满足要求,多数属于导体原材料纯度不够。

       (5) 现场的其它因素,比如可能存在安装检修工艺不当,如母线在加工、连接、安装过程中,对母线接触表面处理不到位、不平整、不光滑、没有涂专用电力脂等,导致有效接触面积减少接触电阻增大而发热。

3 结束语

        开关柜型式试验中的温升数据,并不能正确反映运行中的开关柜实际温升水平,特别是长期运行负荷比较重的开关柜,由于长时间温升的累积效应,运行中的开关柜实际温升水平通常都要超过试验室测出的温升数据。部分制造厂对开关柜实际运行中的温升水平并没有深入地研究,比如大多数厂家给额定3 150 A的开关柜按照2 500 A的标准启动风扇,在开关柜经历长时间的高负荷运行后,再采取这个标准是不合理的,通常是风扇没有启动,温升早已超标了。

         所以,选用开关柜设备的时候,不能盲目相信制造厂的试验室数据,在日常运行维护管理中,也不能盲目套用试验室的数据标准。实践经验,往往也是非常重要的。只有重视实践,并不断针对实际情况,分析解决问题,才能真正把对设备的安全运行管理工作做到实处。


 

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