董 馳，顧朝敏，陳志勇，李曉峰，龐先海，謝津波

(1.國網(wǎng)河北省電力有限公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021;2河北電力裝備有限公司，石家莊 050021)

1 概述

近年來，隨著高壓開關(guān)柜裝用量越來越多，由高壓開關(guān)柜過熱引發(fā)的故障也越來越多。根據(jù)河北省南部電網(wǎng)(簡稱“河北南網(wǎng)”)2006年至2019年高壓開關(guān)柜故障統(tǒng)計(jì)分析，在51起故障中，由于梅花觸頭燒熔引起的放電故障最多，共有14起，占27.5%。因此，有效防范開關(guān)柜梅花觸頭部位過熱成為需要解決的關(guān)鍵問題。

梅花觸頭過熱的原因主要有梅花觸頭壓力不足、鍍銀層厚度不足、大負(fù)荷和接觸不良等，其中梅花觸頭壓力不足是最主要的原因[1]。開關(guān)柜在工作位置時(shí)，梅花觸頭依靠環(huán)形彈簧的彈力與靜觸頭之間保持接觸壓力。在負(fù)荷電流的長期作用下，環(huán)形彈簧由于發(fā)熱易發(fā)生變形軟化，引起接觸壓力減小。接觸壓力的減小將使回路電阻增大，使發(fā)熱進(jìn)一步增加，從而形成惡性循環(huán)。嚴(yán)重時(shí)，將造成觸頭燒損、引發(fā)故障停電，給電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成巨大威脅。因此，有必要對(duì)高壓開關(guān)柜梅花觸頭壓力檢測技術(shù)進(jìn)行研究，對(duì)不合格的梅花觸頭及時(shí)采取治理措施，減少開關(guān)柜過熱缺陷和故障的發(fā)生。

2 梅花觸頭壓力檢測技術(shù)

2.1 技術(shù)原理

目前，高壓開關(guān)柜梅花觸頭壓力主要是利用模擬靜觸頭法進(jìn)行測量。其基本原理為：將內(nèi)置壓力傳感器的模擬靜觸頭工裝推入梅花觸頭中，利用電阻應(yīng)變效應(yīng)測出壓力的大小。其中的核心元件為電阻應(yīng)變式傳感器，電阻應(yīng)變片將彈性體受力產(chǎn)生的形變轉(zhuǎn)換成自身電阻值的變化，再通過測量電路轉(zhuǎn)化為電壓變化，從而計(jì)算出力的大小。

2.2 技術(shù)應(yīng)用情況及存在的問題

高壓開關(guān)柜梅花觸頭壓力檢測目前已在部分地市公司停電試驗(yàn)階段進(jìn)行了試點(diǎn)測試。目前，該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用過程中只能利用橫向比較法進(jìn)行數(shù)據(jù)判斷，即比較同類設(shè)備間的檢測數(shù)據(jù)，將偏差較大的數(shù)據(jù)判定為不合格。該方法受人員主觀因素影響較大，容易造成錯(cuò)判、漏判，制約了該技術(shù)的應(yīng)用，因此，亟需制定一種觸頭壓力絕對(duì)值判定方法。

3 梅花觸頭壓力檢測判據(jù)

3.1 判據(jù)確定思路

梅花觸頭壓力不足會(huì)引起溫升超標(biāo)，目前已有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[2]對(duì)梅花觸頭溫升允許值進(jìn)行了規(guī)定。本文對(duì)開關(guān)柜溫升試驗(yàn)和梅花觸頭壓力測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找到二者之間的關(guān)系，然后根據(jù)溫升允許值確定出梅花觸頭壓力的合格限值，梅花觸頭壓力檢測判據(jù)即為：檢測值≥合格限值。

3.2 案例分析

國網(wǎng)河北省電力有限公司技術(shù)監(jiān)督工作方案規(guī)定，應(yīng)對(duì)新入網(wǎng)開關(guān)柜進(jìn)行溫升抽檢試驗(yàn)。本文結(jié)合溫升抽檢試驗(yàn)進(jìn)行了觸頭壓力測試。

抽檢批次1：國網(wǎng)河北省電力有限公司石家莊供電分公司某新建變電站工程的3臺(tái)開關(guān)柜型號(hào)均為KYN28A-12、額定電壓12kV，斷路器額定電流4 k A，母線額定電流4 k A，電流互感器額定電流3 k A。溫升試驗(yàn)所加電流為主回路額定電流的1.1倍，按額定電流最小的部件考慮為3.3 k A。

抽檢批次2：國網(wǎng)河北省電力有限公司滄州供電分公司某變電站技改工程的2臺(tái)開關(guān)柜型號(hào)均為KYN28A-12、額定電壓12kV，斷路器額定電流4 k A，母線額定電流4 k A，電流互感器額定電流4 k A。溫升試驗(yàn)所加電流為4.4 k A。

抽檢批次3：國網(wǎng)河北省電力有限公司邯鄲供電分公司某新建變電站工程的2臺(tái)開關(guān)柜型號(hào)均為KYN96-40.5、額定電壓40.5kV，斷路器額定電流4 k A，母線額定電流4 k A，電流互感器額定電流4 k A。溫升試驗(yàn)所加電流為4.4 k A。

3個(gè)批次的開關(guān)柜梅花觸頭溫升測試值見表1，壓力測試值見表2，壓力值與溫升值關(guān)系見圖1。

對(duì)3個(gè)抽檢批次觸頭壓力值與溫升值的關(guān)系進(jìn)行曲線擬合，得到關(guān)系曲線分別為y=-2.471 7x+408.63、y=-0.956 1x+415.15、y=-0.996 9x+434.53，將觸頭溫升極限(65 K)代入到關(guān)系曲線中，可以得出3個(gè)批次開關(guān)柜的觸頭壓力合格限值分別為264.26 N、353 N、369.73 N，檢測判據(jù)即為不小于相應(yīng)的合格限值。

表1 開關(guān)柜溫升測試值

表2 開關(guān)柜壓力測試值

圖1 不同抽檢批次觸頭壓力與溫升關(guān)系曲線

4 結(jié)論

結(jié)合溫升試驗(yàn)和梅花觸頭壓力測試初步探究了高壓開關(guān)柜梅花觸頭壓力和溫升的關(guān)系，得出了梅花觸頭壓力檢測判據(jù)。由于目前樣本數(shù)量有限，曲線擬合的準(zhǔn)確性還有待進(jìn)一步提升。依據(jù)此方法，通過大量測試的積累，可以得到各種型號(hào)開關(guān)柜觸頭壓力檢測判據(jù)，建立系統(tǒng)性的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)體系。通過試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論。

a.開關(guān)柜梅花觸頭溫升值與壓力值呈負(fù)相關(guān)，運(yùn)用曲線擬合的方法可以求出梅花觸頭壓力合格限值，進(jìn)而得出檢測判據(jù)。

b.一般來說，開關(guān)柜主回路額定電流越小，梅花觸頭溫升越小，梅花觸頭壓力合格限值也越小。例如批次1的開關(guān)柜梅花觸頭壓力合格限值明顯小于批次2、3。

c.不同廠家、不同型號(hào)的開關(guān)柜梅花觸頭壓力檢測判據(jù)不同。這是由于不同廠家、不同型號(hào)的開關(guān)柜結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、通風(fēng)設(shè)計(jì)等有差異，造成梅花觸頭溫升不同，因此對(duì)梅花觸頭壓力的要求也不同。例如批次2和批次3的開關(guān)柜主回路額定電流相同，但由于不同廠家、不同型號(hào)開關(guān)柜的差異性，梅花觸頭壓力合格限值也不相同。