真空斷路器觸頭發(fā)熱原因分析

任振峰 張建忠

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

關鍵詞：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)構簡單、運行維護方便等優(yōu)點，被廣泛應用于發(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)濟供電的重要配電設備。高壓開關柜采用的手車插入式（梅花形）觸頭，動觸頭是由多片梯形觸指組成。如果在運行過程中出現(xiàn)觸頭部位松動、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觸頭溫升發(fā)生異常。同時，高壓真空斷路器的動、靜觸頭也是重點維護部位，運行中的高壓真空斷路器發(fā)生觸頭發(fā)熱時，如不及時發(fā)現(xiàn)并采取有效的處理措施，極易引起非常嚴重的安全生產(chǎn)事故。對于大型發(fā)電廠來說，高壓廠用配電段開關觸頭的發(fā)熱，輕者直接可導致開關燒毀，嚴重者可直接導致開關炸裂，機組停機的后果，極大的威脅著發(fā)電機廠乃至電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行，給發(fā)、供電企業(yè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)等帶來較大的經(jīng)濟損失。又由于封閉式開關柜帶電后是不能打開的，因此我們無法時時測量運行中開關柜中的觸頭溫度，不能及時掌握觸頭的溫升變化。在日常生產(chǎn)運行及維護過程中，針對觸頭發(fā)熱的現(xiàn)象制定了科學完善的管理制度，并結(jié)合先進的技術和儀器等手段，時時在線監(jiān)測電氣設備接頭溫升異常，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)，研究電氣設備接頭發(fā)熱的問題已成為了一個非常重要課題。

1 事故經(jīng)過

我廠1#、2#發(fā)電機組自2010年投產(chǎn)以來，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線開關及電動給水泵、二次風機等負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6kV配電室有焦糊味，隨后檢修人員到現(xiàn)場后經(jīng)過仔細檢查，初步確認焦糊味是1#機6kV B段工作電源開關611B觸頭發(fā)熱所引起的。打開開關柜頂部蓋板，經(jīng)測量A相觸頭外殼溫度高達140℃，B相溫度達80℃，C相為60℃。隨即將1#機6kV B段電源切換到備用電源開關，把1#機6kV B段工作電源開關611B從開關柜中抽出進行仔細檢查，發(fā)現(xiàn)開關梅花觸頭已嚴重燒傷，梅花觸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，并進行了交流耐壓試驗，對開關的各項檢查均正常后重新投入了運行。此發(fā)熱事件因發(fā)現(xiàn)和處理及時，未對機組安全穩(wěn)定運行造成嚴重后果。

2 觸頭發(fā)熱原因分析

2.1 負載的影響

高壓斷路器觸頭的發(fā)熱情況，大多數(shù)發(fā)生在負載較大的大電流電源開關上。高壓開關電力負荷發(fā)生變化時，會直接影響到設備的溫度變化。正常情況下，開關在額定負荷下使用，負荷的變化引起的觸頭溫度升高不應超過75℃（規(guī)定值）。如果負荷發(fā)生突變或增加過多，或者回路受到了短路電流的沖擊時，斷路器的梅花觸頭等連接部位就會產(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、靜觸頭的設計和制作工藝差，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、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，都將會引起運行中的斷路器觸頭發(fā)熱。

2.3 設備安裝工藝問題

動、靜觸頭的裝配工藝差，是引起運行中觸頭發(fā)熱的另一個主要因素。若動、靜觸頭的安裝工藝不符合技術要求，小車式開關的梅花觸頭與靜觸頭的配合就有偏差。當開關推入后，動靜觸頭連接部分就可能因配合偏差而引起接觸面積不夠，造成動靜觸頭接觸不良，同時，長時間運行中的動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，安裝在開關柜中的靜觸頭固定螺栓的松動或緊力不足時也會導致觸頭發(fā)熱。

2.4 觸頭氧化、臟污

高壓斷路器的動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)果就是觸頭嚴重發(fā)熱。實踐證明，當觸頭連接處的運行工作溫度超過80℃時，連接處的金屬將因過熱面膨脹，使接觸表面位置錯開，形成微小的空隙而被氧化。當負荷電流減小溫度降低，接觸面回到原來接觸位置時，由于接觸面氧化膜的覆蓋，已經(jīng)回不到原來安裝時金屬面的直接接觸。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，但是對于地處工業(yè)區(qū)或者環(huán)境污染較嚴重的地區(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。硫化銀的導電性遠遠無法與銀相比，只具有半導體的性質(zhì)。所以銀鍍層被硫化后其接觸電阻將大幅度增大。

2.5 設備老化、變形

觸頭經(jīng)過長時間使用或者觸頭發(fā)熱以后，觸頭的機械強度、物理性能等都會明顯下降，導致觸頭自閉力彈簧老化或的彈性下降、從而進一步導致觸頭的接觸壓力不足，造成動、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，如若得不到及時發(fā)現(xiàn)予以處理，接頭的連接狀況將越來越差，引起觸頭嚴重發(fā)熱，甚至燒毀。

2.6 渦流的影響

渦流在開關柜中產(chǎn)生的主要影響有發(fā)熱及振動。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，產(chǎn)生的熱量就很大。在開關柜中，通常我們采用以下四個方法來抑制渦流的產(chǎn)生：（1）三相同時穿過一個封閉金屬回路，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度塑料等非磁性材料制作隔板、支撐件，甚至整個骨架。（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)通風不好，電氣設備產(chǎn)生的熱量將無法正常擴散出去，就會導致開關柜內(nèi)環(huán)境溫度上升。同時，開關柜中的散熱孔不通暢或冷卻風機及控制回路發(fā)生故障時，均可導致觸頭溫度升高。

3 結(jié)束語

封閉式開關柜內(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，可采取更新老舊設備，改進接頭的連接、安裝工藝等相應的技術防范措施，同時隨著電網(wǎng)改造的進一步深入，新材料、新工藝、新設備大量在電網(wǎng)中推廣應用，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)測裝置，及時發(fā)現(xiàn)開關柜內(nèi)設備接頭發(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)。設備的健康水平也有了明顯提高。

并實時監(jiān)測柜內(nèi)接頭溫度，從而有效解決開關柜觸頭發(fā)熱問題。無線測溫系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測柜內(nèi)接頭溫度，起到預防接頭事故的目的，該方法在電力行業(yè)具有一定的推廣意義。

參考文獻

[1]DL404-1997戶內(nèi)高壓開關柜訂貨技術條件[Z].

[2]VB2-12高壓真空斷路器使用手冊[Z].

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