开关柜温升故障分析

• 温升状况是衡量电气设备健康状况的重要 参数之一，通过对温度的监测预知和防止 火灾事故的发生已经被证明是行之有效的 方法。一多电气多年来在电气设备温度在 线检测领域里积累了丰富的经验，开发的 E系列无线温度在线监测系统可以解决以上 所存在的问题，目前已有几百个电站的运 行业绩，处于该行业技术领先水平。
无线
安 装 方 式
光纤
红外
无线
安
直Байду номын сангаас固定在高电位
装
处，安装牢固、 简便。可在成套
方
厂安装，也可在
式
现场安装。
分 测温位置不受柜内结
析
构影响，可直接
装于触头盒内的
静触头与母线连
接处，具有测温
直接、准确的特
性。
光纤
直接固定在高电位， 时间长以后，粘 胶有老化脱落的 隐患，只能在现 场需专业人员安 装，且光纤弯曲 半径需要在3CM 以上不能弯死角； 光纤本身材质较 脆易断，在柜内 施工有一定难度。 对测量位于触头 盒内的触头温度， 较难实现。
3、台州电业局110kv水龙变 电站2号主变差动保护动 作，三侧开关跳闸。
事故原因： 系2号主变10kv侧闸刀接触面度银层太
薄，触子压力不足，造成动静触头 接触不良，引起发热，发热加重使 弹簧失效，最后形成静触头片熔化、 坠落，造成单相短路，进而引发相 间短路，酿成事故。 暴露问题：闸刀质量差、开关柜没有 观察窗，无法观察到闸刀运行工况。
表面膜电阻与导体连接处的压力、密封程度、周围 空气环境条件密切相关。
• 开关柜在运行一定时间后由于以下原因导致接触 电阻增大：
1、母线螺丝松动
由于金属的膨胀效应，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关差异而产生蠕变，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。实践证明，当接头处的运行工作温度超过80℃时， 接头金属将因过热而膨胀，使接触表面位置错开，形成微小空隙而氧 化。当负荷电流减小温度降低回到原来接触位置时，由于接触面氧化 膜的覆盖，不可能是原安装时金属间的直接接触。每次温度变化的循 环所增加的接触电阻，将会使下一次循环的热量增加，所增加的温度
又使接头的工作状况进一步变坏，因而形成恶性循环。
2、小车的隔离插头弹簧变松。 1)、开关小车多次推入拉出造成隔离插头的
磨损。
2）、电动力的作用下，造成弹簧疲劳。 3、温升造成弹簧退火。 弹簧松动又会造成压力减小，接触电阻增大。
3、其他因素：
• 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
四、 开关柜实际温升超标原因分析
• 开关柜内部实际温升超标情况，主要有以下几点原因： • 过负荷 • 短路 • 电接触不良 • 烘烤、余热、热传导 • 谐波 • 很多人印象中过负荷、短路引起温升较常见，而其他几方
面原因却容易被忽视。尤其是接触不良和谐波的影响并不 取决于负荷大小。
• 导致接触不良的原因分析： • 接触电阻的组成 • 1、收缩电阻 • 当电流从金属导体较大的截面
在电接触表面形成粉状有机聚合物，有机膜不导 电，可以用机械方法把它压碎或者用电流热效应 和电弧将它烧损，恢复导电性能，但固定式接触 和不带负荷分合的可分式接触，自行恢复能力较 差。
4）、无机膜
电接触材料暴露在空气中，周围空气中存在的氧或 者硫化氢都会从接触面周围缝隙逐渐侵入，前者 生成氧化膜，后者生成硫化膜，形成化学腐蚀， 在空气中的水分介质作用下，不同金属又会形成 金属腐蚀。无机膜的厚度和性质直接影响着导电 性能。
温
采集到数据发射 模块（热电偶与
测量测温点温 度，利用光纤
的测温特性， 测温。将测温
原
发射模块处于高
的抗干扰性强、 数据直接传送
理
电位的等电位， 将温度数据通过
绝缘的特点， 直接连到主机
到显示仪表， 通过RS485通
数字无线的方式 发射到接收模块，
进行数据分 析。
讯到上位机。
至测量仪表通过
• 除以上案例外，还有齐鲁石化因触头过热问题引 发的15台开关柜火烧联营的事故等等，因过热引
起的事故不绝于耳，停电造成的损失远远大于开 关柜本身的价值。
• 1 国产KYN手车柜
• 我们对某变电站10kV主变开关柜的实测温 升与负荷关系的统计，开关柜为扬州某开 关厂生产，KYN28-10型，配用VD4断路器。 测温前打开部分顶盖，对开关柜箱体外表 温度及主母排温度同时进行测试。
装
如：采用一多专 利技术的测温环
需要测温高电 位的部位，用
接对准在需要 测温部位。
方
或利用原有母线
胶粘的方式固
式
螺栓固定温度传 感器。
定光纤，一根 显示仪表安装于开
光纤贯穿所有
关柜仪表门板
测温点。
上
数据接收模块安装于
处于低电位处： 主机直接安装在后
壳体、横梁等位 置。
台上
显示仪表安装于开关 柜仪表门板上。
• 数据表明，母排最高温度已经达到100℃， 温升88K，明显超标（母排温升标准为 65K）。由于该站温升问题比较突出，制 造厂针对这一情况对变电站10kV开关柜1， 2号母线桥采用新型钢重新制作，主母线铜 排规格更换为2×TMY120×10（原规格为 2×TMY100×10），并进一步改进了通风 系统。2号主变开关柜经改造后，温升情况 略有好转，但是与该开关柜型式试验提供 的温升数据偏差仍然较大。
红外
固定于低电位，安 装牢固、简便。可 在成套厂安装，也 可在现场安装，但 因探头与被测点中 间不能有隔挡及光 学镜头有距离系数 比，开关柜型号多、 结构复杂，选择合 适的位置及对准测 温点有一定难度。 尤其是测量触头温 度，受触头盒封闭 结构影响，无法直
接测量。
无线
光纤
红外
测 热电偶接触式测温， 根据拉曼散射原理，利用红外光学探头
• 一些用户认为负荷通常都不会达到电气设备的设 计满容量，设备的温升问题应该不会很突出，但
是实际情况并不尽然。
二、开关柜温升事故案例
1、济南钢铁公司动力厂一变 电站，10kv小车开关柜额 定电流1000A,现场实际运 行电流400A。于2006年4 月发生触头部位相间弧光 短路，柜体烧毁严重。
无线温度传感器种类
测温显示主机的安装： 显示主机可安装在仪表室的一个适当位置。
图3.1.11 测温主机安装示例图一
图3.1.12 测温主机安装示例图二
八、开关柜无线、光纤、红外 测温方案对照表
无线
光纤
红外
产 传感器：金属热电偶、 传感器：
传感器：
品
数据发射模块， 内置感应取电模 光纤
红外光学探头
突然转入截面很小的接触点时， 电力线成剧烈收缩现象。由此 而呈现的电阻称为收缩电阻。 • 同种材料收缩电阻与压力和接 触点数目成反比。螺丝松动、 弹簧退火、磨损都会使收缩电 阻增大。
2、表面膜电阻
表面膜电阻是由于电接触表面受到环境污染造成的。具体又 分为尘埃膜、吸附膜、无机膜、有机膜四种。
1）、尘埃膜
• 发热往往只在局部，整个环境温度降底，对局部 发热严重的状况改善很有限（空气的传导系数比 较低），有可能造成凝露，酿成绝缘事故；
• 因此，有选择性的开启风机，空调温度要 设在最恰当的数值，才能做到有效降温， 延长风机使用寿命，还要防止温差过大形 成的凝露条件。
• 要实现以上功能，前提是对开关柜容易发 生温升的地方进行及时监测，根据实际温 升状况采取不同措施，有效降温。
• 温升带来的不良影响有急性的：绝缘击穿、短路； 也有慢性的：绝缘性能下降，电气性能下降，寿 命减短。
• 温度和绝缘是电气设备健康状态的两项最重要的 指标，同时这两个因素又是相互影响的。只要能 及时掌握温升状况，就能有效避免很多电气事故 的发生。
五、 解决发热的技术措施
1、配电室内装空调
• 降低环境温度，开关柜柜内电气接 点温升允许最高值是70K，绝对温度 不超过120度。降低环境温度是目前 比较普遍的措施。
• 事故原因：小车的隔离触 头存在装配工艺问题，致 使动静触头接触不良，引 起温升过高，造成绝缘破 坏、相间短路故障。
2、四川德阳电业局110kv变电站由于小车开关动静触头接触不良放弧短 路，引起35KVⅡ段母线失电。
事故原因：由于534号开关锁定装置（失效）致使开关手车的动静触头 接触不良，在开关靠母线的触头间放弧短路。开关是否完全到位运行 人员无法观察到。一般电力系统选配的开关容量会比实际运行负荷大 很多。
组
块及耐高温
成
（150℃）电池的 主机 混合技术。2、接
显示仪表（配 RS485通讯接
收模块3、显示仪 配自有软件，自成
口）
表（配RS485通讯 接口）4、配专用
系统。
配专用软件自成系
软件自成系统或
统或与自动化
与自动化公司成
公司成套。
套。
无线
光纤
红外
安 根据需要测温的部位 将光纤直接缠绕在 将红外光学探头直
• 长期发热对开关柜的影响： • 1、机械强度下降 • 铜、铝、螺栓、弹簧、弹垫会产生慢性退火变软，
丧失机械强度，导致变形和破坏。 • 2、绝缘性能降低 • 对大部分绝缘材料来说，可以用“八度规则”经
验规律来估算其寿命。原则上是温度每上升8度， 其寿命则降低一半。
• 综上所述，即使是质量较好的开关柜，负荷达到 满容量的70%时，由于长期累积效应将使得温升 超标；接触不良、谐波影响，也同样会使得温度 上升。而并非只是负荷大才会有温升问题。
• 2 合资厂的手车柜 • 某合资厂开关柜，为上海某开关有限公司生产，型号为8BK20，测试位置为
开关柜箱体外表及内部母线母排。 • 此处，开关柜温升暂时没有超标，但是应该注意，此时负荷并没有达到额定
容量的70%，但是温升已经接近上限。由此可见，合资厂产品虽然温升情况 优于国产设备，但同样也存在温升超标情况。 • 数据证明，运行中的开关柜实际温升水平通常都要超过试验室测出的温升数 据。而且，多数情况温升超标时开关柜甚至远没有达到设计满容量，型式试 验测得数据通常是在试验室完成的，持续时间不长， 通常不超过8h，不具备 温升累积效应，不能等同于长期运行并持续发热的设备。
一、概述
电气设备连接部分如隔离开关、动 静触头、电缆头等由于各种原因，在 电流通过时，温度升高，引起设备老 化，绝缘下降，严重的将造成短路， 损坏设备，中断供电。这突发性事件 给企业造成了无法估量的损失。目前 对连接部分发热情况监视的方法主要 是值班人员定期用红外热像仪、测温 仪或示温贴片等对设备进行离线式监 视，该方法只能测量露在外面的接点 温度，而金属封闭式开关柜内的接触 点温度则没有办法监测。造成隔离开 关、动静触头部分等发热现象比较突 出，每年都有许多此类问题发生。
• 现场的其它因素，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。
• 谐波形成的影响：
• 由于产生大量谐波的用电设备不断增加， 并且电网中大量使用的并联电容器所造成 的谐波放大，使得谐波的影响越来越严重 。 由于谐波的频率较高，使导线的集肤效应 加重，因此铜损急剧增加 ，非线性负荷的 负荷电流可能增加到线性负荷50%，使得 导体发热。
六、无线传感原理演示
• 系统远程通讯结构图如下:
七、开关柜测温方案
图3.1. 2测温卡环安装方法
图3.1.5 测温发射模块的安装
图3.1.6电缆搭接测温发射模块安装方法
接收模块安装要求: A、远离高压带电体； B、安装在与其配对的发射模块同一个柜体里； C、安装位尽可能走线方便。
图3.1.10 接收模块安装示例图
由于飘扬在空气中的尘土、灰粉、棉纤维等固体颗粒，在 静电的吸力作用下覆盖于电接触表面而形成。尘埃膜电阻 在外力大时则小，在外力小时则大。母线连接处、动静触 头结合处由于电场分布的不规则，其吸附力尤甚。
2）、吸附膜 是由水分子和气体分子在接触面形成的一层吸附层，
无法完全排除，但压力可使其减少层数。 3）、有机膜 是绝缘材料在温度的作用下，受热分解的有机蒸汽，
• 2、柜体加装散热风机
• 进线柜和母联柜的断路器顶部加装 一个平均无故障时间在4万小时以 上的进口优质轴流风机 ，长期开启， 或者根据温度或电流开启。
• 但这样做又存在以下弊端：
• 长期运转，风机转速下降、风道受阻都有可能使 风量降低，使温升再次超标 。
• 风机运转时噪音很大，影响了运行人员对异常声 响的判别。