浅析大电流柜温升及治理方案

浅析大电流柜温升及治理方案

应兵荣

浙江迪思威电气有限公司，浙江省衢州市324000

摘要：从实际应用中来看，大电流开关柜本身客观上存在一些不足，如温升超标、柜内覆铝锌板缺少防磁隔热措施、隔离触头位于密闭的触头盒内不易散热等，这些问题都会对安全运行带来不利影响。针对目前大电流开关柜产品在电网带电运行中产生的温升发热问题，本文结合模拟现场实际试验结果、施工改造经验总结出一套切实可行的技改方案。

关键词：大电流；温升；通风散热；开关柜

前言

典型的KYN28A-12交流金属封闭铠装移开式开关设备，因具有结构合理、防护性好、“五防”连锁功能可靠等优点，在电力系统得到广泛应用。近年来，随着工业及电力的发展，中高压开关柜容量日益增加，对高压开关柜的运行要求也越来越高，尤其是大电流开关柜的可靠运行。大电流柜一般采用桥架进出线，桥架与开关柜的隔室连通。为减少涡流的影响，很多大电流柜电缆室、母线室已改用非导磁的不锈钢材料，而桥架通常采用普通的镀铝锌板或冷板喷塑，当三相电流通过在桥架上因涡流产生发热往往被大家忽视，特别是在桥架拼接位置。10kV交流金属封闭铠装移开式开关设备由母线室、电缆室、断路器室、仪表室构成，各室相对封闭不利于散热，因此运行环境较常规温升更为严酷1。散热过程的实质是热量传递的过程，传递方式为：对流、传导、辐射，空气对流气流能有效将热源的热量进行扩散，从而降低热源的温度。

1行业现状

随着电网的发展和设备技术的提高，10kV和35kV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2。

开关柜实际温升超标原因主要有以下几点：（1）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。（2）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。（3）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。（4）现场的其他因素，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。

在现代电器的发展中越来越向智能化发展，由于新材料、新工艺的发展，以后开关设备的发展，开关柜体积将越来越小，电压等级将越高，载流也将越高。大容量电器设备，在运行状态下就会发热，电器的热源主要来自电流通过导体产生的电阻损耗，导体的集肤效应和邻近效应，开关设备铁磁体内产生的涡流，磁滞损耗等，散热是一个复杂过程。由于开关柜使用的特殊性，大电流的传导，大开断的能力从而使得电动力的增大，容量形成一次回路的损坏，造成设备的损坏，人员的伤亡，在大容量、大开断的开关设备设计时，电动力的减弱，成分散电动力，都是一大难题。

2技术方案

触头盒内静触头安装螺栓，大电流柜静触头固定只取用单个M20螺栓紧固，且如为两拼铜排则采用两铜排叠加与静触头连接，很明显搭接截面不够，为主要发热点，易造成温升超标。当电流通过时，在温升和电动力的作用下引起震动，紧固螺栓压紧力不够引起接触不良，导致温升增大。铜排连接螺栓的压紧力不够或松动引起接触不良。母线搭接面不平整，会增大接触电阻。母线搭接处表面压花、镀锡，减小接触电阻，提高搭接处温升4。

在大电流开关柜运行时，所产生的发热现象中涡流损耗发热占有很大比例。在开关柜母线室内，当导体通过电流时，横向的主母排与竖向的分支排共同作用产生交变磁场，固定主母排穿墙套管的金属板和柜体内的隔板都会感应出电动势，产生大量的杂散涡流。这些金属板都是导磁材料，电阻也大，会产生大量的热量。

图1

如图1所示，经过对比可以发现，开关柜内最有效的热传递方式就是增强柜内的对流通风通道，通风系统由进风口、热源、对流气流、出风口构成，增加进、出风口与其自身的热源就能形成置换通风的结构框架，开关柜内最快的散热方式就是强排风。对开关柜一次导电回路可靠性进行检测。导电材料电导率检测，如有必要，更换满足要求的T2材料。检查手车与静触头配合深度，检测梅花触头弹簧压紧力，更换烧蚀或锈蚀的静触头、梅花触头、弹簧；更换大电流柜触头盒。套管安装板304不锈钢板材料将后柜架空进线母排绝缘子固定安装档更换为不锈钢板材料。桥架建议整体采用不锈钢材质，考虑经济性也可部分采用不锈钢材质，如将所有的桥架安装梁更换为不锈钢。

图2 通风窗及排风扇加装点示意图

如图2所示，在开关柜母线室和断路器室顶部增加单向轴流风机，将开关柜内高温气体抽出。在开关柜断路器底部，增加单向横流风机，将开关柜外的冷空气送进开关柜内，从而形成有效的对流通风通道。

3技术优势

（1）3150A大电流柜散热型触头盒。带散热口，温升有效降低4K。

（2）断路器安装梅花触头绝缘护套。为防止断路器梅花触头弹簧变形、断裂引起电网供电设备的稳定性，采用绝缘护套安装在梅花触头上。防止梅花触头弹簧断裂后蹦跳、脱落；保护梅花触头弹簧不受机械损伤，防止试验接线夹直接夹持弹簧；均化梅花触头电场，增强绝缘强度；增大散热面积，改善散热效果。

4实施方式

图3

如图3所示：（1）开关柜底部、母线桥底部增加进风口。（2）开关柜各隔室间增加通风通道，即前后电缆、母线室、断路器室增加通道风口，使柜内空气流通散发热量。（3）开关柜断路器室顶部安装风机，更换成散热型鱼鳞板。鱼鳞板机械强度高，鱼鳞蜂窝状的网孔小于1mm2，满足IP4X，有效对流通风面积比普通百叶窗增加了2~3倍以上。

针对大电流的开关柜温升治理方案，因为开关柜有IP4X的防护要求，开关柜就要保持密闭状态，所有的排气孔都要封闭，那开关柜只有加风机降温。风机可以加在柜顶，如断路器室顶部、母线室顶部及电缆室顶部，也可以加在断路器下方的抽屉板内，这些部位加风机，不管是抽风还是吹风，都或多或少地可以把主回路的温度降下来。当四部位风机都在运转且温升逐渐稳步增长时，关掉断路器室顶部风机，温升骤然上升；继续关掉电缆室顶部风机，温升又急速下降；关掉断路器下部风机，其余三处风机打开，温升又呈上升趋势；仅保留母线室顶部风机及断路器室下部风机，温升曲线下降趋势最显著。热缩套管如果离地电位或其他高压部件较近的时候就会发生绝缘事故。因此需要剥除破损的热缩套管，并更换新的热缩套管。进线、母联、提升开关柜的热缩套管选用很重要，如果选用不好，当温升比较高时，会发生爆裂。很多处的绝缘盒子都已经发热变形，且绝缘盒子都深入到了穿心CT内，搭在了穿心的内表面及环氧端面，很容易引起放电，因此需要拆除，并用进口自黏胶带包敷母排搭接处。

结语

本文通过研究大电流柜温升以及治理方法结合模拟现场实际试验结果、施工改造经验总结出的技改方案有效地解决了温升超标、柜内覆铝锌板缺少防磁隔热措施、隔离触头位于密闭的触头盒内不易散热等对安全运行的影响。通过工艺优化及选材、开关柜结构优化的技改措施，已先后试用在解决大电流柜温升改造中，从开关柜的试运行来看能很好地解决大电流开关柜的温升问题5。

参考文献

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