高壓開(kāi)關(guān)柜溫升原因及監測方法

摘要：電力傳輸系統中，發(fā)電廠(chǎng)、變電站的高壓開(kāi)關(guān)柜起著(zhù)關(guān)鍵性的作用，隨著(zhù)電網(wǎng)設備技術(shù)的發(fā)展，高壓開(kāi)關(guān)柜也得到廣泛的使用。在使用開(kāi)關(guān)柜的過(guò)程中，普遍存在開(kāi)關(guān)柜內部過(guò)熱現象，并且由于開(kāi)關(guān)柜的密閉性，在負荷較重的地區，引發(fā)開(kāi)關(guān)柜的溫升超標現象。本文以高壓開(kāi)關(guān)柜位研究對象，分析溫升超標的原因及溫度監測方法，可以有效預防高壓開(kāi)關(guān)柜的高溫故障，保障高壓開(kāi)關(guān)柜的安全性。

關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)測溫   高壓柜測溫  智能操控

       我國電力系統的大規模發(fā)展，增加了高壓開(kāi)關(guān)柜的運行壓力，隨著(zhù)電網(wǎng)的改革與建設，高壓開(kāi)關(guān)柜的數量越來(lái)越多，增加了故障的發(fā)生機率。目前，電力系統內部使用的開(kāi)關(guān)柜，都要通過(guò)型式試驗對入網(wǎng)的開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行處理，在溫升方面，要求比較嚴格。根據相關(guān)理論進(jìn)行分析可知，在實(shí)際運行過(guò)程中，通常情況下，負荷不會(huì )達到開(kāi)關(guān)柜的設計滿(mǎn)容量，更不會(huì )引發(fā)開(kāi)關(guān)柜的溫升問(wèn)題。但是，實(shí)際情況并非如此。根據實(shí)際運行經(jīng)驗可知，隨著(zhù)負荷的不斷增加，使得開(kāi)關(guān)柜的溫升迅速增加。當負荷超過(guò)開(kāi)關(guān)額定電流的75%時(shí)，在這種情況下，溫升尤為明顯，此時(shí)早已不符合標準要求。當負荷比較低時(shí)，溫升現象不明顯。在實(shí)際運行中，與試驗室測出的溫升數據相比，開(kāi)關(guān)柜實(shí)際溫升水平普遍比較高，并且多數情況下，當溫升超標時(shí)，開(kāi)關(guān)柜甚至遠沒(méi)有達到設計滿(mǎn)容量。對于高壓開(kāi)關(guān)柜來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)觸頭、母排連接點(diǎn)的實(shí)際溫升，通常情況下總是高于試驗數據，其原因主要表現為：

       （1）在試驗室完成型式試驗，測得相應的數據，在持續時(shí)間方面，雖然達到了穩定溫升所需要的試驗時(shí)間，但現場(chǎng)環(huán)境復雜，加上試驗過(guò)程中，不具備溫升累積效應，不能等同現場(chǎng)長(cháng)期運行并持續發(fā)熱的設備。

       （2）不同金屬在膨脹效應方面存在差異。鋼制螺栓的金屬膨脹系要比銅質(zhì)、鋁質(zhì)母線(xiàn)的金屬膨脹系數小得多，對于螺栓型設備接頭來(lái)說(shuō)表現得尤為突出，在實(shí)際運行過(guò)程中，隨著(zhù)負荷電流、溫度的變化，在膨脹、收縮程度方面，由于鋁、銅與鐵之間存在一定的差異性，在一定程度上造成蠕變，也就是受應力作用的影響和制約，導致金屬緩慢發(fā)生塑性變形。實(shí)踐證明，當接頭處的運行溫度超過(guò)80℃時(shí)，因過(guò)熱使得接頭金屬發(fā)生膨脹，同時(shí)受各種因素的影響，進(jìn)一步產(chǎn)生微小的空隙，早成氧化腐蝕。當負荷電流減小溫度降低回到原來(lái)接觸位置時(shí)，由于接觸面氧化膜的覆蓋，造成接觸電阻變大，每次溫度變化的循環(huán)都會(huì )使接頭的工作狀況進(jìn)一步變壞，因而形成惡性循環(huán)。

       （3）連接部位緊固螺栓壓力不合理。對于導體連接，在部分安裝、檢修人員意識中，在擰緊連接螺栓的過(guò)程中，認為螺栓擰得越緊越好，實(shí)際并非如此。由于鋁質(zhì)母線(xiàn)的彈性系數較小，當螺母壓力達到臨界值時(shí)，如果材料強度比較差，當繼續增加壓力時(shí)，將會(huì )導致接觸面變形隆起，使得接觸面積進(jìn)一步減少，增大接觸電阻，進(jìn)而影響導體的接觸效果。

       （4） 由于導體原材料純度不夠，造成導體材料電導率不滿(mǎn)足要求。

       （5） 其它因素，例如在加工、連接、安裝母線(xiàn)過(guò)程中，對母線(xiàn)接觸表面處理不到位、不夠平整，進(jìn)而減少有效接觸面積，增大接觸電阻而產(chǎn)生發(fā)熱。

       以上的情況都會(huì )造成高壓開(kāi)關(guān)柜的溫升異常，所以加強對運行開(kāi)關(guān)設備溫升的監視，發(fā)現問(wèn)題及時(shí)采取措施就變得非常必要。高壓開(kāi)關(guān)柜內有裸露高壓, 空間封閉狹小,無(wú)法進(jìn)行人工巡查測溫,傳統的測溫方式無(wú)法有效地解決這個(gè)問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題，應用于高壓柜的無(wú)線(xiàn)測溫方式應運而生，無(wú)線(xiàn)測溫由溫度傳感裝置和顯示報警裝置兩部分組成，溫度模塊包括溫度傳感器和數據發(fā)射器，溫度模塊可安裝于柜內任何的發(fā)熱點(diǎn)上，利用無(wú)線(xiàn)數據傳輸技術(shù)，可遙測每一個(gè)重要部位的發(fā)熱問(wèn)題包括開(kāi)關(guān)柜內觸頭、銅排接頭等非可視部位，并可實(shí)時(shí)把檢測數據發(fā)射出去，由安裝在儀表門(mén)上的顯示報警裝置接收記錄。利用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，還可實(shí)現遠程智能監控，這樣就不需要人工現場(chǎng)勘測，不存在安全隱患，還實(shí)現了高壓柜的溫度在線(xiàn)實(shí)時(shí)監測，避免高溫造成的設備故障。

       安科瑞電氣股份有限公司ASD320/ASD500智能操控裝置搭配ATE400無(wú)線(xiàn)無(wú)源測溫傳感器可廣泛用于高壓開(kāi)關(guān)柜的電氣接點(diǎn)溫度監測，除此之外智能操控裝置還具有一次回路模擬圖及開(kāi)關(guān)狀態(tài)指示，高壓帶電顯示及核相，自動(dòng)溫濕度控制，加熱回路故障告警，分合閘回路完好指示、分合閘回路電壓測量、預分預合閃光指示，人體感應自動(dòng)照明，語(yǔ)音提示，電參數測量，RS485及以太網(wǎng)通訊接口等眾多功能，集操作、顯示于一體，監視高壓開(kāi)關(guān)柜的運行狀態(tài)，為高壓開(kāi)關(guān)柜的穩定運行提供助力。無(wú)線(xiàn)無(wú)源測溫傳感器ATE400采用電流感應原理自提供電源，啟動(dòng)電流為5A，監測溫度范圍-50℃~+125℃，精度±1℃，可安裝于高壓柜內開(kāi)關(guān)觸頭，銅排/電纜接頭實(shí)現溫度采集上傳，產(chǎn)品運行穩定，通過(guò)西安高壓電器研究院的試驗測試，取得認證報告。

2.1 產(chǎn)品型號功能

2.2 配套產(chǎn)品

       與 ASD 系列產(chǎn)品配套使用的溫濕度傳感器和無(wú)線(xiàn)測溫接收器，可以采用導軌（DIN35mm）安裝方式，也可以使用螺栓固定方式，無(wú)線(xiàn)溫度傳感器共有 5 種，分別對應螺栓固定、表帶固定、扎帶捆綁、合金片固定等安裝方式，如下圖

電池供電型無(wú)線(xiàn)溫度傳感器 

安裝于發(fā)熱部位，采集溫度量并通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式傳輸的傳感器。 

目前無(wú)線(xiàn)溫度傳感器有四款：

CT 感應取電無(wú)線(xiàn)溫度傳感器 

       安裝于斷路器觸頭、母排、電纜搭接點(diǎn)等大電流處，采集溫度量并通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式傳輸的傳感器

無(wú)線(xiàn)測溫接收器

       高壓開(kāi)關(guān)柜在電網(wǎng)電能傳輸中起到至關(guān)重要的作用，溫度是開(kāi)關(guān)柜健康運行的一個(gè)重要指標。通過(guò)對溫度的在線(xiàn)監測可及時(shí)發(fā)現開(kāi)關(guān)柜的異常狀態(tài)，及時(shí)查找并解決隱患，避免影響電網(wǎng)系統的安全性，進(jìn)而發(fā)揮高壓開(kāi)關(guān)柜的有效作用。

[1] 郭玉 劉虹麟，高壓開(kāi)關(guān)柜溫度的在線(xiàn)監測方法分析.山東工業(yè)技術(shù),2017(19).

[2] 謝亮.運行中高壓開(kāi)關(guān)柜實(shí)際溫升分析[J].電力安全技術(shù)，2005(10).        

[3] 陳曉亮 包玲 高永鵬. 高壓開(kāi)關(guān)柜實(shí)際溫升超標原因分析中小企業(yè)管理與科技·下旬刊，2015(02).

[4] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版

       柏為為，男，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為配電監測