低壓滅磁開(kāi)關(guān)觸頭發(fā)熱分析及處理

高 雷 ，肖立軍

(神華國(guó)華太倉(cāng)發(fā)電有限公司，江蘇太倉(cāng)215433)

低壓抽屜式開(kāi)關(guān)柜具有操作簡(jiǎn)單、動(dòng)作安全可靠、檢修維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠及變電所。在日常運(yùn)行過(guò)程中，由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，觸頭接觸面不能有效接觸、接觸電阻過(guò)大、靜觸頭彈簧老化、周圍運(yùn)行環(huán)境溫度高等因素都有可能造成開(kāi)關(guān)柜出現(xiàn)觸頭發(fā)熱，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)電氣性能下降，供電可靠性降低。開(kāi)關(guān)柜觸頭發(fā)熱會(huì)逐步成為安全隱患，造成開(kāi)關(guān)柜內(nèi)電氣設(shè)備元件發(fā)生變性扭曲、燒毀等嚴(yán)重事故，甚至引起配電系統(tǒng)大范圍停電，直接影響到企業(yè)的安全生產(chǎn)[1，2]。下面以國(guó)華太電8號(hào)機(jī)組滅磁開(kāi)關(guān)主觸頭受熱燒損引起機(jī)組停機(jī)為例，分析了低壓滅磁開(kāi)關(guān)觸頭發(fā)熱的原因，并提出了預(yù)防和處理措施。

1事故發(fā)生經(jīng)過(guò)

8號(hào)機(jī)組滅磁開(kāi)關(guān)型號(hào)為AT40；技術(shù)參數(shù)為：額定電壓880 V、最大1000 V交流；額定電流4000 A，最大開(kāi)斷電流65 kA；開(kāi)關(guān)絕緣等級(jí)為B級(jí)；生產(chǎn)廠家：日本三菱電機(jī)機(jī)電有限公司；投產(chǎn)日期2005.12.8；開(kāi)關(guān)主觸頭采用銅鍍銀；開(kāi)關(guān)柜操作方式為低壓抽屜開(kāi)關(guān)。

事故發(fā)生時(shí)，機(jī)組負(fù)荷為500 MW，無(wú)功功率50 MV·A，勵(lì)磁電壓271 V，勵(lì)磁電流2895 A，定子電流14 825 A，勵(lì)磁室內(nèi)溫度23℃，室內(nèi)濕度70%。8∶20就地檢查發(fā)現(xiàn)8號(hào)機(jī)勵(lì)磁小間有異味，8∶30現(xiàn)場(chǎng)檢查滅磁開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)A相觸頭溫度高達(dá)158℃，B、C相溫度為69℃。隨即啟動(dòng)相關(guān)事故預(yù)案，采取降低勵(lì)磁電流控制溫度的措施，手動(dòng)將機(jī)組無(wú)功由59.5 Mvar降至15.5 Mvar，勵(lì)磁電流由2 892 A降至2 740 A。就地加裝2組冷卻風(fēng)扇強(qiáng)制冷卻滅磁開(kāi)關(guān)觸頭溫度，并使用紅外成像儀持續(xù)監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)溫度變化。申請(qǐng)退出8號(hào)機(jī)組AGC，降低有功負(fù)荷，將機(jī)組負(fù)荷由528 MW降低并保持在負(fù)荷450 MW。9∶44紅外成像儀顯示滅磁開(kāi)關(guān)A相觸頭溫度降低至125℃。11∶13滅磁開(kāi)關(guān)A相觸頭溫度突升，最高升至173℃，且溫度有繼續(xù)升高的趨勢(shì)。11∶34 8號(hào)機(jī)組手動(dòng)解列停機(jī)。

2事故原因分析

2.1停機(jī)后滅磁開(kāi)關(guān)柜檢查情況

（1）外觀檢查。滅磁開(kāi)關(guān)防護(hù)面板A相發(fā)熱變色,滅弧柵處發(fā)熱，B、C相完好無(wú)損。滅磁開(kāi)關(guān)A相動(dòng)觸頭塑料保護(hù)罩熔化，三相接觸面長(zhǎng)度一致

（2）解體開(kāi)關(guān)主觸頭滅弧室。A相滅弧柵內(nèi)有塑料保護(hù)罩熔解物，A相主觸頭正常，B、C相滅弧柵及主觸頭均正常。

（3）解體靜觸頭及靜觸頭觸指。A相部分靜觸頭觸指固定彈簧疲勞，彈簧壓力降低，接觸電阻變大，動(dòng)靜觸頭接觸面發(fā)熱，觸頭發(fā)黑，A相靜觸頭觸指固定彈簧變色，觸指發(fā)熱變色。

2.2原因分析

該次事故直接原因?yàn)闇绱砰_(kāi)關(guān)A相靜觸頭固定彈簧疲勞，彈性降低，靜觸頭觸指與開(kāi)關(guān)動(dòng)觸頭接觸壓力減小，接觸電阻增大，在工作電流（2800 A）流過(guò)時(shí)，因接觸電阻增大，接觸面發(fā)熱，又促使靜觸頭固定彈簧逐步疲勞惡化，彈性逐步降低，并進(jìn)一步增大接觸電阻，惡性循環(huán)，累積電熱效應(yīng)，最終造成A相觸頭過(guò)熱，觸指部分燒損。

接觸電阻增加是影響觸頭發(fā)熱的主要原因，而影響接觸電阻的因素有接觸壓力、觸頭材料、觸頭溫度、觸頭表面情況、接觸形式及化學(xué)腐蝕等。這些因素將會(huì)導(dǎo)致動(dòng)靜觸頭接觸電阻增大，觸頭接觸面溫度升高，靜觸頭壓緊彈簧長(zhǎng)期處于高溫下產(chǎn)生疲勞、老化。

2.2.1接觸壓力的影響

接觸壓力對(duì)接觸電阻的影響最大，當(dāng)接觸壓力很小時(shí)，其微小的變化都會(huì)使接觸電阻值產(chǎn)生很大的波動(dòng)。增大接觸壓力，可將氧化膜壓碎，使膜電阻減小，但是壓力增大到一定程度后，膜電阻穩(wěn)定在一個(gè)較小的數(shù)值。

2.2.2觸頭材料的影響

觸頭材料對(duì)接觸電阻的影響主要決定于觸頭材料的電阻系數(shù)、材料的抗壓強(qiáng)度、材料的化學(xué)性能等。觸頭材料的電阻系數(shù)ρk越低，接觸電阻就越小。常用材料電阻系數(shù)與銅的比較如表1所示。

表1常用材料電阻系數(shù)與銅的比較

從表1可以看出銀的電阻系數(shù)小于銅，但銀比銅價(jià)格貴，所以常采用銅鍍銀或鑲銀的辦法，以減小接觸電阻。

2.2.3觸頭溫度的影響

觸頭的接觸電阻與它本身的金屬電阻一樣，也受溫度的影響，隨著觸頭溫度的升高，接觸電阻增加。由試驗(yàn)得知，接觸電阻Rj與溫度之間的關(guān)系式為：

式中：Rjo為觸頭在0℃時(shí)的接觸電阻，Ω；α0為觸頭材料的電阻溫度系數(shù)，1/℃；θ為觸頭的溫度，℃。觸頭金屬材料的電阻溫度系數(shù)為1/℃，接觸電阻的電阻溫度系數(shù)為 2/3 α0，后者比前者小 1/3 α0，這是由于接觸處溫度升高后，材料硬度有所降低，有效接觸面積增大，導(dǎo)致溫度增加時(shí)接觸電阻的增加比金屬材料電阻的增加要小一些。實(shí)際上，因?yàn)闇囟壬邥?huì)加劇氧化，所以，溫度對(duì)接觸電阻的影響要大些。

參考 GB1984—2003[3]及 GB/T 11022—2011[4]，在周圍空氣溫度不超過(guò)40℃，斷路器觸頭最高運(yùn)行溫度不應(yīng)超過(guò)以下溫度值：當(dāng)觸頭材料為裸銅或祼銅合金時(shí)，在空氣中不超過(guò)35℃，即最高溫度不超過(guò)75℃。當(dāng)觸頭表面鍍銀或鍍鎳時(shí)，在空氣中不超過(guò)65℃，即最高溫度不超過(guò)105℃。當(dāng)溫度超過(guò)規(guī)定值時(shí)，觸頭會(huì)加劇劣化。

2.2.4觸頭表面情況的影響

（1）觸頭表面氧化膜的影響。暴露在空氣中的接觸面（除鉑和金外）會(huì)發(fā)生氧化作用。當(dāng)溫度高于70℃時(shí)，銅觸頭氧化加劇，氧化銅的導(dǎo)電性能很差，使膜電阻急劇增加，因此，銅觸頭的允許溫升都是很低的。銀氧化后的導(dǎo)電率與純銀差不多，所以銀或鍍銀的觸頭工作很穩(wěn)定。為了減小接觸面的氧化，可以將觸頭表面搪錫或鍍銀，以獲得較穩(wěn)定的接觸電阻。

（2）觸頭表面清潔狀況的影響。當(dāng)觸頭的壓力較小時(shí)，觸頭表面的清潔度對(duì)接觸電阻影響較大，隨著壓力的增加，這種影響逐漸減小。

（3）觸頭表面的電化學(xué)腐蝕。采用不同的金屬作觸頭時(shí)，由于兩金屬接觸處有電位差，當(dāng)濕度大時(shí)，在觸頭對(duì)接觸處會(huì)發(fā)生電解作用，引起觸頭的電化學(xué)腐蝕，使接觸電阻增加。

3開(kāi)關(guān)觸頭發(fā)熱的危害

電力系統(tǒng)中，電氣設(shè)備與電氣設(shè)備、母線與母線、母線與設(shè)備連接的導(dǎo)體形成的可拆卸的電氣觸頭在實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)過(guò)熱故障。導(dǎo)電的金屬材料如果長(zhǎng)期處在高溫下，則會(huì)退火軟化，機(jī)械強(qiáng)度下降；有機(jī)絕緣材料若長(zhǎng)期受到高溫作用，則會(huì)逐漸變脆、老化、失去彈性，以致絕緣性能下降、壽命縮短；導(dǎo)體接觸表面溫度若過(guò)高，則會(huì)強(qiáng)烈氧化，接觸電阻將增加，彈簧接觸部分的彈性元件退火，壓力降低，有效接觸面積減小，當(dāng)負(fù)荷電流增大時(shí)，發(fā)熱量（溫度）將相應(yīng)增大，接觸電阻因熱效應(yīng)而進(jìn)一步增大，如此惡性循環(huán)，可能導(dǎo)致接觸部分燒熔，無(wú)法正常工作，甚至可能釀成重大火災(zāi)事故。

4事故防范措施

（1）定期對(duì)滅磁開(kāi)關(guān)進(jìn)行紅外成像，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常現(xiàn)象，并及時(shí)處理；（2）每次停機(jī)檢修時(shí)對(duì)滅磁開(kāi)關(guān)動(dòng)靜觸頭進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)觸頭鍍銀層磨損嚴(yán)重，應(yīng)及時(shí)更換觸頭；（3）停機(jī)檢修時(shí)清理開(kāi)關(guān)主觸頭氧化層及觸頭上灰塵以減小接觸電阻；（4）改善滅磁開(kāi)關(guān)運(yùn)行環(huán)境，降低開(kāi)關(guān)運(yùn)行環(huán)境溫度，必要時(shí)采取強(qiáng)制冷卻方式進(jìn)行冷卻；（5）必要時(shí)增加接觸點(diǎn)數(shù)目、以減小接觸電阻，降低觸頭發(fā)熱；（6）對(duì)于容量不符合規(guī)定的開(kāi)關(guān)應(yīng)立即更換。

5結(jié)束語(yǔ)

低壓滅磁開(kāi)關(guān)在配電系統(tǒng)中起著重要作用，如果由于日常維護(hù)及檢修不當(dāng)，開(kāi)關(guān)觸頭接觸電阻增大將會(huì)造成觸頭發(fā)熱，彈簧疲勞、老化，進(jìn)而導(dǎo)致停機(jī)事故的發(fā)生。了解滅磁開(kāi)關(guān)觸頭發(fā)熱的原因并在檢修和維護(hù)時(shí)采取適當(dāng)?shù)姆婪洞胧┛梢约皶r(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異?，F(xiàn)象并及時(shí)處理，可以避免因滅磁開(kāi)關(guān)故障造成的經(jīng)濟(jì)損失。因此在日常工作中應(yīng)加強(qiáng)巡檢和檢修維護(hù)，尤其是觸頭容易發(fā)熱的部位，做到早發(fā)現(xiàn)早消除，采取相應(yīng)的防范措施，杜絕事故發(fā)生。

[1]劉宇卿，王德勝.電氣設(shè)備過(guò)熱的原因與對(duì)策[J].電氣應(yīng)用，2008（24）：38-41.

[2]張 鈺，楊曉慧.2012年江蘇省電廠電氣一次設(shè)備紅外檢測(cè)及分析[J].江蘇電機(jī)工程，2013，32（04）：66-69.

[3]GB1984—2003高壓交流斷路器[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

[4]GB/T 11022—2011高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)需求[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.