任振峰 張建忠

摘 要：針對(duì)發(fā)電廠、變電站6kV真空斷路器觸頭發(fā)熱的問題，進(jìn)行原因分析。

關(guān)鍵詞：高壓真空斷路器；觸頭發(fā)熱；原因分析

引言

“真空斷路器”因其滅弧介質(zhì)和滅弧后觸頭間隙的絕緣介質(zhì)都是高真空而得名；其具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠、變電站以及工礦企業(yè)高壓輸配電系統(tǒng)中。它是保障配電系統(tǒng)安全可靠、持續(xù)穩(wěn)定、高效經(jīng)濟(jì)供電的重要配電設(shè)備。高壓開關(guān)柜采用的手車插入式（梅花形）觸頭，動(dòng)觸頭是由多片梯形觸指組成。如果在運(yùn)行過程中出現(xiàn)觸頭部位松動(dòng)、接觸不良、彈簧性能老化下降、接觸面臟污等情況，均可能引起高壓開關(guān)觸頭溫升發(fā)生異常。同時(shí)，高壓真空斷路器的動(dòng)、靜觸頭也是重點(diǎn)維護(hù)部位，運(yùn)行中的高壓真空斷路器發(fā)生觸頭發(fā)熱時(shí)，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取有效的處理措施，極易引起非常嚴(yán)重的安全生產(chǎn)事故。對(duì)于大型發(fā)電廠來(lái)說(shuō)，高壓廠用配電段開關(guān)觸頭的發(fā)熱，輕者直接可導(dǎo)致開關(guān)燒毀，嚴(yán)重者可直接導(dǎo)致開關(guān)炸裂，機(jī)組停機(jī)的后果，極大的威脅著發(fā)電機(jī)廠乃至電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，給發(fā)、供電企業(yè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)等帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)損失。又由于封閉式開關(guān)柜帶電后是不能打開的，因此我們無(wú)法時(shí)時(shí)測(cè)量運(yùn)行中開關(guān)柜中的觸頭溫度，不能及時(shí)掌握觸頭的溫升變化。在日常生產(chǎn)運(yùn)行及維護(hù)過程中，針對(duì)觸頭發(fā)熱的現(xiàn)象制定了科學(xué)完善的管理制度，并結(jié)合先進(jìn)的技術(shù)和儀器等手段，時(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備接頭溫升異常，有效的解決了高壓真空斷路器觸頭發(fā)熱產(chǎn)生的隱患，在電力行業(yè)內(nèi)，研究電氣設(shè)備接頭發(fā)熱的問題已成為了一個(gè)非常重要課題。

1 事故經(jīng)過

我廠1#、2#發(fā)電機(jī)組自2010年投產(chǎn)以來(lái)，6kV配電段高壓真空斷路器觸頭陸續(xù)出現(xiàn)了發(fā)熱、變色的現(xiàn)象。結(jié)合我廠的生產(chǎn)實(shí)踐，觸頭發(fā)熱的情況主要發(fā)生在高壓配電段工作電源進(jìn)線開關(guān)及電動(dòng)給水泵、二次風(fēng)機(jī)等負(fù)載較重的高壓真空斷路器上，下面是我廠發(fā)生的一起典型觸頭發(fā)熱事件。

2014年2月6日，巡檢人員發(fā)現(xiàn)1#機(jī)6kV配電室有焦糊味，隨后檢修人員到現(xiàn)場(chǎng)后經(jīng)過仔細(xì)檢查，初步確認(rèn)焦糊味是1#機(jī)6kV B段工作電源開關(guān)611B觸頭發(fā)熱所引起的。打開開關(guān)柜頂部蓋板，經(jīng)測(cè)量A相觸頭外殼溫度高達(dá)140℃，B相溫度達(dá)80℃，C相為60℃。隨即將1#機(jī)6kV B段電源切換到備用電源開關(guān)，把1#機(jī)6kV B段工作電源開關(guān)611B從開關(guān)柜中抽出進(jìn)行仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)開關(guān)梅花觸頭已嚴(yán)重?zé)齻坊ㄓ|頭處的絕緣套筒及絕緣襯墊燒焦，彈簧發(fā)生范性形變。檢修人員緊急更換了燒壞的梅花觸頭及絕緣套筒等各部件，并進(jìn)行了交流耐壓試驗(yàn)，對(duì)開關(guān)的各項(xiàng)檢查均正常后重新投入了運(yùn)行。此發(fā)熱事件因發(fā)現(xiàn)和處理及時(shí)，未對(duì)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重后果。

2 觸頭發(fā)熱原因分析

2.1 負(fù)載的影響

高壓斷路器觸頭的發(fā)熱情況，大多數(shù)發(fā)生在負(fù)載較大的大電流電源開關(guān)上。高壓開關(guān)電力負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，會(huì)直接影響到設(shè)備的溫度變化。正常情況下，開關(guān)在額定負(fù)荷下使用，負(fù)荷的變化引起的觸頭溫度升高不應(yīng)超過75℃（規(guī)定值）。如果負(fù)荷發(fā)生突變或增加過多，或者回路受到了短路電流的沖擊時(shí)，斷路器的梅花觸頭等連接部位就會(huì)產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象。

2.2 觸頭質(zhì)量問題

高壓真空斷路器的動(dòng)、靜觸頭的設(shè)計(jì)和制作工藝差，接觸面積不足，觸頭及彈簧材質(zhì)選型不合格、觸頭表面鍍銀層薄易氧化或鍍銀工藝差鍍層脫落，觸頭容量不足，梅花觸頭的彈簧緊力不足，動(dòng)、靜觸頭配合尺寸不合適或大于3mm的允許磨損厚度，觸頭插入尺寸小等問題，都將會(huì)引起運(yùn)行中的斷路器觸頭發(fā)熱。

2.3 設(shè)備安裝工藝問題

動(dòng)、靜觸頭的裝配工藝差，是引起運(yùn)行中觸頭發(fā)熱的另一個(gè)主要因素。若動(dòng)、靜觸頭的安裝工藝不符合技術(shù)要求，小車式開關(guān)的梅花觸頭與靜觸頭的配合就有偏差。當(dāng)開關(guān)推入后，動(dòng)靜觸頭連接部分就可能因配合偏差而引起接觸面積不夠，造成動(dòng)靜觸頭接觸不良，同時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中的動(dòng)靜觸頭接觸面的偏差部位將發(fā)生電弧灼傷，從而引起觸頭發(fā)熱。另一方面，安裝在開關(guān)柜中的靜觸頭固定螺栓的松動(dòng)或緊力不足時(shí)也會(huì)導(dǎo)致觸頭發(fā)熱。

2.4 觸頭氧化、臟污

高壓斷路器的動(dòng)靜觸頭是最容易過熱氧化的部位，也是最容易產(chǎn)生發(fā)熱的部位。由于該部位氧化、臟污等原因，導(dǎo)致觸頭接觸電阻增大，在大電流情況下該處的熱功率也很大，其結(jié)果就是觸頭嚴(yán)重發(fā)熱。實(shí)踐證明，當(dāng)觸頭連接處的運(yùn)行工作溫度超過80℃時(shí)，連接處的金屬將因過熱面膨脹，使接觸表面位置錯(cuò)開，形成微小的空隙而被氧化。當(dāng)負(fù)荷電流減小溫度降低，接觸面回到原來(lái)接觸位置時(shí)，由于接觸面氧化膜的覆蓋，已經(jīng)回不到原來(lái)安裝時(shí)金屬面的直接接觸。每次溫度變化的循環(huán)所增加的接觸電阻，將會(huì)使下一次循環(huán)的熱量增加，所增加的溫度又使接頭的工作狀況進(jìn)一步惡化，因而形成惡性循環(huán)，致使斷路器觸頭發(fā)熱。銀和空氣氧化后呈黃白色，但是對(duì)于地處工業(yè)區(qū)或者環(huán)境污染較嚴(yán)重的地區(qū)，空氣質(zhì)量較差，空氣中的二氧化硫、氯化物、氯氣及氧化氮等可導(dǎo)致銀合金變黑，H2S生成了黑色的Ag2S方程如下：2H2S+O2+4Ag=2Ag2S+2H2O。硫化銀的導(dǎo)電性遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法與銀相比，只具有半導(dǎo)體的性質(zhì)。所以銀鍍層被硫化后其接觸電阻將大幅度增大。

2.5 設(shè)備老化、變形

觸頭經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間使用或者觸頭發(fā)熱以后，觸頭的機(jī)械強(qiáng)度、物理性能等都會(huì)明顯下降，導(dǎo)致觸頭自閉力彈簧老化或的彈性下降、從而進(jìn)一步導(dǎo)致觸頭的接觸壓力不足，造成動(dòng)、靜觸頭沒有良好接觸，并使其接觸電阻大于額定觸頭壓力下的回路電阻。觸頭接觸不良，如若得不到及時(shí)發(fā)現(xiàn)予以處理，接頭的連接狀況將越來(lái)越差，引起觸頭嚴(yán)重發(fā)熱，甚至燒毀。

2.6 渦流的影響

渦流在開關(guān)柜中產(chǎn)生的主要影響有發(fā)熱及振動(dòng)。金屬切割交變磁力線而在金屬內(nèi)部產(chǎn)生渦流，從而致使金屬出現(xiàn)溫升。如果該金屬的電阻率小，則渦流很強(qiáng)，產(chǎn)生的熱量就很大。在開關(guān)柜中，通常我們采用以下四個(gè)方法來(lái)抑制渦流的產(chǎn)生：（1）三相同時(shí)穿過一個(gè)封閉金屬回路，使之磁通為零。（2）采用諸如不銹鋼、鋁、環(huán)氧酚醛樹脂及工程高強(qiáng)度塑料等非磁性材料制作隔板、支撐件，甚至整個(gè)骨架。（3）在磁性材料形成的閉合金屬回路上開隔磁槽，以增大磁阻。（4）增大母線與磁性材料間的距離。

2.7 環(huán)境溫度及散熱

真空斷路器是3～10kV，50Hz三相交流系統(tǒng)中的戶內(nèi)配電裝置，安裝在高壓配電室內(nèi)。如果室內(nèi)通風(fēng)不好，電氣設(shè)備產(chǎn)生的熱量將無(wú)法正常擴(kuò)散出去，就會(huì)導(dǎo)致開關(guān)柜內(nèi)環(huán)境溫度上升。同時(shí)，開關(guān)柜中的散熱孔不通暢或冷卻風(fēng)機(jī)及控制回路發(fā)生故障時(shí)，均可導(dǎo)致觸頭溫度升高。

3 結(jié)束語(yǔ)

封閉式開關(guān)柜內(nèi)接頭發(fā)熱是電力安全生產(chǎn)中的難題，通過分析觸頭發(fā)熱原因，可采取更新老舊設(shè)備，改進(jìn)接頭的連接、安裝工藝等相應(yīng)的技術(shù)防范措施，同時(shí)隨著電網(wǎng)改造的進(jìn)一步深入，新材料、新工藝、新設(shè)備大量在電網(wǎng)中推廣應(yīng)用，可以大大減少接頭發(fā)熱的隱患。除此之外，還可以通過有效的溫度監(jiān)測(cè)裝置，及時(shí)發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備接頭發(fā)熱的跡象，以便采取措施，防患于未然，確保電力安全生產(chǎn)。設(shè)備的健康水平也有了明顯提高。

并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)柜內(nèi)接頭溫度，從而有效解決開關(guān)柜觸頭發(fā)熱問題。無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)柜內(nèi)接頭溫度，起到預(yù)防接頭事故的目的，該方法在電力行業(yè)具有一定的推廣意義。

參考文獻(xiàn)

[1]DL404-1997戶內(nèi)高壓開關(guān)柜訂貨技術(shù)條件[Z].

[2]VB2-12高壓真空斷路器使用手冊(cè)[Z].

作者簡(jiǎn)介：任振峰，2010年畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)。