開關(guān)柜溫升故障分析課件

一、概述

電氣設(shè)備連接部分如隔離開關(guān)、動靜觸頭、電纜頭等由于各種原因，在電流通過時，溫度升高，引起設(shè)備老化，絕緣下降，嚴(yán)重的將造成短路，損壞設(shè)備，中斷供電。這突發(fā)性事件給企業(yè)造成了無法估量的損失。目前對連接部分發(fā)熱情況監(jiān)視的方法主要是值班人員定期用紅外熱像儀、測溫儀或示溫貼片等對設(shè)備進行離線式監(jiān)視，該方法只能測量露在外面的接點溫度，而金屬封閉式開關(guān)柜內(nèi)的接觸點溫度則沒有辦法監(jiān)測。造成隔離開關(guān)、動靜觸頭部分等發(fā)熱現(xiàn)象比較突出，每年都有許多此類問題發(fā)生。二、開關(guān)柜溫升事故案例1、濟南鋼鐵公司動力廠一變電站，10kv小車開關(guān)柜額定電流1000A,現(xiàn)場實際運行電流400A。于2006年4月發(fā)生觸頭部位相間弧光短路，柜體燒毀嚴(yán)重。事故原因：小車的隔離觸頭存在裝配工藝問題，致使動靜觸頭接觸不良，引起溫升過高，造成絕緣破壞、相間短路故障。2、四川德陽電業(yè)局110kv變電站由于小車開關(guān)動靜觸頭接觸不良放弧短路，引起35KVⅡ段母線失電。事故原因：由于534號開關(guān)鎖定裝置（失效）致使開關(guān)手車的動靜觸頭接觸不良，在開關(guān)靠母線的觸頭間放弧短路。開關(guān)是否完全到位運行人員無法觀察到。一般電力系統(tǒng)選配的開關(guān)容量會比實際運行負荷大很多。3、臺州電業(yè)局110kv水龍變電站2號主變差動保護動作，三側(cè)開關(guān)跳閘。事故原因：系2號主變10kv側(cè)閘刀接觸面度銀層太薄，觸子壓力不足，造成動靜觸頭接觸不良，引起發(fā)熱，發(fā)熱加重使彈簧失效，最后形成靜觸頭片熔化、墜落，造成單相短路，進而引發(fā)相間短路，釀成事故。暴露問題：閘刀質(zhì)量差、開關(guān)柜沒有觀察窗，無法觀察到閘刀運行工況。除以上案例外，還有齊魯石化因觸頭過熱問題引發(fā)的15臺開關(guān)柜火燒聯(lián)營的事故等等，因過熱引起的事故不絕于耳，停電造成的損失遠遠大于開關(guān)柜本身的價值。2

合資廠的手車柜某合資廠開關(guān)柜，為上海某開關(guān)有限公司生產(chǎn)，型號為8BK20，測試位置為開關(guān)柜箱體外表及內(nèi)部母線母排。此處，開關(guān)柜溫升暫時沒有超標(biāo)，但是應(yīng)該注意，此時負荷并沒有達到額定容量的70%，但是溫升已經(jīng)接近上限。由此可見，合資廠產(chǎn)品雖然溫升情況優(yōu)于國產(chǎn)設(shè)備，但同樣也存在溫升超標(biāo)情況。數(shù)據(jù)證明，運行中的開關(guān)柜實際溫升水平通常都要超過試驗室測出的溫升數(shù)據(jù)。而且，多數(shù)情況溫升超標(biāo)時開關(guān)柜甚至遠沒有達到設(shè)計滿容量，型式試驗測得數(shù)據(jù)通常是在試驗室完成的，持續(xù)時間不長，通常不超過8h，不具備溫升累積效應(yīng)，不能等同于長期運行并持續(xù)發(fā)熱的設(shè)備。導(dǎo)致接觸不良的原因分析：接觸電阻的組成1、收縮電阻當(dāng)電流從金屬導(dǎo)體較大的截面突然轉(zhuǎn)入截面很小的接觸點時，電力線成劇烈收縮現(xiàn)象。由此而呈現(xiàn)的電阻稱為收縮電阻。同種材料收縮電阻與壓力和接觸點數(shù)目成反比。螺絲松動、彈簧退火、磨損都會使收縮電阻增大。2）、吸附膜是由水分子和氣體分子在接觸面形成的一層吸附層，無法完全排除，但壓力可使其減少層數(shù)。3）、有機膜是絕緣材料在溫度的作用下，受熱分解的有機蒸汽，在電接觸表面形成粉狀有機聚合物，有機膜不導(dǎo)電，可以用機械方法把它壓碎或者用電流熱效應(yīng)和電弧將它燒損，恢復(fù)導(dǎo)電性能，但固定式接觸和不帶負荷分合的可分式接觸，自行恢復(fù)能力較差。4）、無機膜電接觸材料暴露在空氣中，周圍空氣中存在的氧或者硫化氫都會從接觸面周圍縫隙逐漸侵入，前者生成氧化膜，后者生成硫化膜，形成化學(xué)腐蝕，在空氣中的水分介質(zhì)作用下，不同金屬又會形成金屬腐蝕。無機膜的厚度和性質(zhì)直接影響著導(dǎo)電性能。表面膜電阻與導(dǎo)體連接處的壓力、密封程度、周圍空氣環(huán)境條件密切相關(guān)。開關(guān)柜在運行一定時間后由于以下原因?qū)е陆佑|電阻增大：1、母線螺絲松動由于金屬的膨脹效應(yīng)，鋼制螺栓的金屬膨脹系數(shù)要比銅質(zhì)、鋁質(zhì)母線小得多，尤其是螺栓型設(shè)備接頭，在運行中隨著負荷電流及溫度的變化，其鋁或銅與鐵的膨脹和收縮程度將有關(guān)差異而產(chǎn)生蠕變，也就是金屬在應(yīng)力的作用下緩慢的塑性變形，蠕變的過程還與接頭處的溫度有很大的關(guān)系。實踐證明，當(dāng)接頭處的運行工作溫度超過80℃時，接頭金屬將因過熱而膨脹，使接觸表面位置錯開，形成微小空隙而氧化。當(dāng)負荷電流減小溫度降低回到原來接觸位置時，由于接觸面氧化膜的覆蓋，不可能是原安裝時金屬間的直接接觸。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一步變壞，因而形成惡性循環(huán)。2、小車的隔離插頭彈簧變松。1)、開關(guān)小車多次推入拉出造成隔離插頭的磨損。2）、電動力的作用下，造成彈簧疲勞。3、溫升造成彈簧退火。彈簧松動又會造成壓力減小，接觸電阻增大。3、其他因素：選用的導(dǎo)體材料電導(dǎo)率不滿足要求，多數(shù)屬于導(dǎo)體原材料純度不夠現(xiàn)場的其它因素，比如可能存在安裝檢修工藝不當(dāng)，如母線在加工、連接、安裝過程中，對母線接觸表面處理不到位、不平整、不光滑、沒有涂專用電力脂等，導(dǎo)致有效接觸面積減少接觸電阻增大而發(fā)熱。長期發(fā)熱對開關(guān)柜的影響：1、機械強度下降銅、鋁、螺栓、彈簧、彈墊會產(chǎn)生慢性退火變軟，喪失機械強度，導(dǎo)致變形和破壞。2、絕緣性能降低對大部分絕緣材料來說，可以用“八度規(guī)則”經(jīng)驗規(guī)律來估算其壽命。原則上是溫度每上升8度，其壽命則降低一半。綜上所述，即使是質(zhì)量較好的開關(guān)柜，負荷達到滿容量的70%時，由于長期累積效應(yīng)將使得溫升超標(biāo)；接觸不良、諧波影響，也同樣會使得溫度上升。而并非只是負荷大才會有溫升問題。溫升帶來的不良影響有急性的：絕緣擊穿、短路；也有慢性的：絕緣性能下降，電氣性能下降，壽命減短。溫度和絕緣是電氣設(shè)備健康狀態(tài)的兩項最重要的指標(biāo)，同時這兩個因素又是相互影響的。只要能及時掌握溫升狀況，就能有效避免很多電氣事故的發(fā)生。但這樣做又存在以下弊端：長期運轉(zhuǎn)，風(fēng)機轉(zhuǎn)速下降、風(fēng)道受阻都有可能使風(fēng)量降低，使溫升再次超標(biāo)。風(fēng)機運轉(zhuǎn)時噪音很大，影響了運行人員對異常聲響的判別。發(fā)熱往往只在局部，整個環(huán)境溫度降底，對局部發(fā)熱嚴(yán)重的狀況改善很有限（空氣的傳導(dǎo)系數(shù)比較低），有可能造成凝露，釀成絕緣事故；因此，有選擇性的開啟風(fēng)機，空調(diào)溫度要設(shè)在最恰當(dāng)?shù)臄?shù)值，才能做到有效降溫，延長風(fēng)機使用壽命，還要防止溫差過大形成的凝露條件。要實現(xiàn)以上功能，前提是對開關(guān)柜容易發(fā)生溫升的地方進行及時監(jiān)測，根據(jù)實際溫升狀況采取不同措施，有效降溫。

六、無線傳感原理演示系統(tǒng)遠程通訊結(jié)構(gòu)圖如下:七、開關(guān)柜測溫方案圖3.1.5測溫發(fā)射模塊的安裝圖3.1.6電纜搭接測溫發(fā)射模塊安裝方法接收模塊安裝要求:

A、遠離高壓帶電體；

B、安裝在與其配對的發(fā)射模塊同一個柜體里；

C、安裝位盡可能走線方便。圖3.1.10接收模塊安裝示例圖無線溫度傳感器種類測溫顯示主機的安裝：

顯示主機可安裝在儀表室的一個適當(dāng)位置。圖3.1.11測溫主機安裝示例圖一圖3.1.12測溫主機安裝示例圖二

八、開關(guān)柜無線、光纖、紅外測溫方案對照表無線光纖紅外產(chǎn)品組成傳感器：金屬熱電偶、數(shù)據(jù)發(fā)射模塊，內(nèi)置感應(yīng)取電模塊及耐高溫（150℃）電池的混合技術(shù)。2、接收模塊3、顯示儀表（配RS485通訊接口）4、配專用軟件自成系統(tǒng)或與自動化公司成套。傳感器：光纖主機配自有軟件，自成系統(tǒng)。

傳感器：紅外光學(xué)探頭顯示儀表（配RS485通訊接口）配專用軟件自成系統(tǒng)或與自動化公司成套。無線光纖紅外安裝方式根據(jù)需要測溫的部位如：采用一多專利技術(shù)的測溫環(huán)或利用原有母線螺栓固定溫度傳感器。數(shù)據(jù)接收模塊安裝于處于低電位處：殼體、橫梁等位置。顯示儀表安裝于開關(guān)柜儀表門板上。

將光纖直接纏繞在需要測溫高電位的部位，用膠粘的方式固定光纖，一根光纖貫穿所有測溫點。主機直接安裝在后臺上

將紅外光學(xué)探頭直接對準(zhǔn)在需要測溫部位。顯示儀表安裝于開關(guān)柜儀表門板上無線光纖紅外安裝方式無線光纖紅外安裝方式分析直接固定在高電位處，安裝牢固、簡便。可在成套廠安裝，也可在現(xiàn)場安裝。測溫位置不受柜內(nèi)結(jié)構(gòu)影響，可直接裝于觸頭盒內(nèi)的靜觸頭與母線連接處，具有測溫直接、準(zhǔn)確的特性。

直接固定在高電位，時間長以后，粘膠有老化脫落的隱患，只能在現(xiàn)場需專業(yè)人員安裝，且光纖彎曲半徑需要在3CM以上不能彎死角；光纖本身材質(zhì)較脆易斷，在柜內(nèi)施工有一定難度。對測量位于觸頭盒內(nèi)的觸頭溫度，較難實現(xiàn)。

固定于低電位，安裝牢固、簡便?？稍诔商讖S安裝，也可在現(xiàn)場安裝，但因探頭與被測點中間不能有隔擋及光學(xué)鏡頭有距離系數(shù)比，開關(guān)柜型號多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，選擇合適的位置及對準(zhǔn)測溫點有一定難度。尤其是測量觸頭溫度，受觸頭盒封閉結(jié)構(gòu)影響，無法直接測量。無線光纖紅外測溫原理熱電偶接觸式測溫，采集到數(shù)據(jù)發(fā)射模塊（熱電偶與發(fā)射模塊處于高電位的等電位，將溫度數(shù)據(jù)通過數(shù)字無線的方式發(fā)射到接收模塊，至測量儀表通過RS485通訊到上位機。

根據(jù)拉曼散射原理，測量測溫點溫度，利用光纖的抗干擾性強、絕緣的特點，直接連到主機進行數(shù)據(jù)分析。利用紅外光學(xué)探頭的測溫特性，測溫。將測溫數(shù)據(jù)直接傳送到顯示儀表，通過RS485通訊到上位機。無線光纖紅外技術(shù)成熟度技術(shù)已被其它領(lǐng)域大量應(yīng)用，成熟技術(shù)。

國內(nèi)處于起步階段，準(zhǔn)確性、精讀尤其是后半段測量有待提高。該技術(shù)已被便攜式測溫槍大量應(yīng)用，但長期在線監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用需克服環(huán)境的影響。

無線光纖紅外絕緣性高低電位通過無線聯(lián)絡(luò)，隔離徹底，無絕緣隱患。在35kv、10kv、6kv電壓等級均有應(yīng)用

光纖本身絕緣性較好4cm/kv,但運行時間長以后，光纖表面受積灰、吸潮影響，存在爬電、短路的隱患。安裝后柜內(nèi)存在多根光纖線處于高低電位之間，安全絕緣是這種測溫方式的最大隱患。違背了測溫目的是為了消除隱患的初衷。只在10kv以下設(shè)備上有過應(yīng)用。

處于低電位，無絕緣隱患。只要距離夠，不受電壓等級影響。

無線光纖紅外耐受溫度測溫范圍長期-20—200℃-20—200℃長期-20—125℃-20—125℃長期0—80℃

-20—200℃無線光纖紅外精度+2℃。+1℃由于該種測溫方式受環(huán)境因素影響較大，故測量的溫度偏差較大。無線光纖紅外運行后的穩(wěn)定性由于數(shù)據(jù)采集模塊與傳感器同處于高電位，與處于低電位的接收模塊采用數(shù)字信號傳輸，采用美國TI公司免調(diào)模塊，抗干擾性較好。不受運行檢修的影響。單機損壞不影響整個系統(tǒng)。裝置本身穩(wěn)定性較好，抗干擾性強。但在設(shè)備檢修時，易被碰損，一旦一個點受損整個系統(tǒng)癱瘓。

易受環(huán)境溫度、電磁場、鏡頭表面積灰、測量表面粗糙度、發(fā)射率等因素影響，穩(wěn)定性與準(zhǔn)確度較差。單機損壞不影響整個系統(tǒng)。無線光纖紅外總體評價無線傳感技術(shù)由于存在布線簡單、方便、成本低、適合大量分布的特點，該技術(shù)已被越來越多的領(lǐng)域應(yīng)用，尤其適合高危險、環(huán)境較差的等不適合人工作的場所。隨著該技術(shù)的迅猛發(fā)展，