基于10kv开关柜发热故障的研究与分析

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1、基于10kV开关柜发热故障的研究与分析　　摘要：本文针对一起10kV开关柜在运行中发热故障的问题，结合小车开关柜的结构对其发热根源进行分析，并对开关柜内导体电阻发热和涡流损耗提出相应的控制措施，随后通过对10kV开关柜运行实测电流、温度数据进行建模分析，推导出10kV开关柜外测温度与内测温度的相关性，对预防及分析处理同类型开关柜发热故障起到了一定的指导意义，有利于保证电网的安全、稳定运行。　　关键词：10kV开关柜；发热故障；电阻发热；涡流损耗；电力系统　　中图分类号：TM591文献标识码：A　

2、　1.10kV开关柜发热事件概述　　2015年4月以来，珠海电网220kV斗门变电站10kV负荷增长迅猛，其中主变变低502断路器负荷电流长期保持了2700A以上，导致502断路器持续高温告警，严重影响电网设备的安全运行。其后经迁移改造，502断路器负荷得到了分流，当断路器负荷电流到达2350A时，502断路器触头温度保持在78℃～80℃；而当断路器负荷电流到达2450A时，502断路器触头温度则上升至86℃～88℃，超过断路器正常运行的温度告警值85℃，有可能导致502开关柜柜体发生爆炸，严重

3、影响10kV开关柜的安全运行。本文通过对开关柜的结构进行分析，寻找发热故障的根源并通过实测的温度数据对此进行验证。　　2.故障开关柜基本情况7　　220kV斗门变电站主变变低502开关柜整体投产于2002年4月，其中502断路器生产厂家为常州森源电气，型号为VS1（ZN63A），断路器最大额定电流为3150A，上下触头处为镀银结构。开关柜柜体生产厂家为珠海广达电器设备有限公司，开关柜采用中置式结构，柜体采用镀铝锌钢板加工连接而成，柜体防护等级为IP4X，主要由外壳、隔室、隔板、活门等几大部分组成

4、。隔室分为母线室、断路器室、电缆室、继电仪表室，其断路器室位于柜体中部，如图1所示。　　其中A是母线室，B是断路器室，C是电缆室，D是继电仪表室，各个隔室间的隔板及柜体的面板所留的缝隙≤1mm，在运行过程中不利于开关柜内空气对流，容易引起开关柜体内温度积聚升高。　　3.故障分析及应对措施　　通过对小车开关柜体结构的分析，结合以往的运行经验，本文认为引起小车开关柜体发热的原因主要为电流通过导体时产生的电阻损耗发热及开关柜内铁磁体产生的涡流损耗导致的发热。　　3.1电阻损耗发热　　3.1.1铜排导体

5、发热　　铜排导体发热主要指母线排发热，由于导体发热量与电流的平方成正比，故当母排长期通过较高的负荷电流时，开关柜发热愈发明显，同时由于目前生产制造的母排中含有一定的杂质，使得其电阻率偏高，增加了发热效应，在负荷电流上升到2350A，开关柜温度有一定的跃升。7　　针对在特定的时间、空间内，导体的发热量与辐射量相对平衡，在设计安装母排或连接导体时，可以考虑将母排或连接导体的面积留有一定的裕度，减少温度升高的可能。如通过增大母排的宽度来增大了铝排的载流量和散热效果。文献[2]中提到黑色物质的吸热性能和

6、热辐射能力是最强的，可以考虑将开关柜体内母线室、电缆室及断路器室的隔板喷涂成黑色来增强热量的吸收和散发。　　3.1.2电气设备连接点发热　　开关柜体内电气设备连接点发热效应，主要包括连接螺栓的发热效应和柜内电流互感器发热效应。由于铝质母线排，弹性系数小，在电气设备连接点上拧连接螺栓时，若螺母的压力达到某个临界压力值再继续增加不当的压力，将会造成接触面部分变形隆起，降低接触面积，使接触电阻增大，从而影响导体接触效果。　　柜内电流互感器发热主要由全密封环氧树脂浇注式结构CT引起，由于其一次绕组及铁芯

7、散热效果较差，相当于在大电流回路中增加了两个连接接头发热源，导致CT发热问题严重。针对这种结构的开关柜，可考虑穿心式电流互感器，通过减少连接点，降低内部发热。　　3.1.3断路器触头发热　　断路器触头发热主要由以下3方面构成：一是动静触头经历长期运行后其接触面的镀银层逐步脱落并形成相应的氧化膜，严重影响了断路器触头的导电性能，造成触头接触不良引起过热。二是经历长期运行，灰尘经开关柜缝隙或接触面逐步进入到断路器触头部位，在断路器触头面上形成一层脏污面，降低了断路器的接触性，引发发热效应；三是在开关

8、柜运行中断路器动静触头间没有完全接触，两者间存在放电空隙，在大电流运行条件下发生局部放电现象，导致温度急剧升高，甚至造成开关器件损坏。7　　前两种发热故障可在开关停电时对触头进行更换或清灰处理，触头未完全接触引起的发热故障则需要在开关运行过程中定期进行局放监测，以便及时采取控制措施。　　3.2涡流损耗发热　　3.2.1涡流损耗原理　　10kV开关柜柜体、隔室间的隔板及固定金属挡板等磁导率高的零部件在交变磁场作用下产生的损耗称为铁损，在开关柜中主要变现为涡流损耗。　　开关柜在运行时产生的发热效应中