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摘要：户外高压隔离开关在运行中常常出现电触头发热甚至烧熔的事故，严重威胁设备自身安全及电网可靠运行。从高压隔离开关触头接触电阻影响温升的原因和过热对触头寿命损伤的原理分析，通过触头温升试验，验证触头发热因素的复杂性和不确定性。从管理措施和技术措施两方面提出预防过热故障的方法，提高户外高压隔离开关的运行可靠性，从而确保电网的安全稳定运行。本文对高压隔离开关触头接触温升机理，提出了发热预防措施，确保电网的安全稳定运行。
关键词：户外隔离开关；电触头；电性变化；热场影响
高压隔离开关在电力系统中属于非常重要的电气设备，主要起检修高压母线、断路器等设备时隔离来电的作用，并根据电网运行需求，在不带负荷时切换高压线路、分合小负荷电流等，是电网中使用范围最广、使用量最大的高压开关设备。
因此，必须不断改善户外高压隔离开关的触头性能和运行条件，做好触头试验，并加强电触头发热分析和在线监测，以减少隔离开关的故障率，保证电力系统的安全可靠运行．
1高压隔离开关触头发热机理分析
户外高压隔离开关触头按照结构类型主要分为插入型和钳夹型，因为插入型触头在高压隔离开关的种类中比较常见，如GW4型和GW5型高压隔离开关触头。
1.1插入型触头接触电阻增大的原因
1）插入型触头的触指制造工艺不完善，触指的自清洁能力差，容易产生污垢堆积和氧化，造成接触不良，导致触头接触电阻增大。触指选用的铜基材料不良、镀银层厚度不够，运行时经过磨损容易产生漏铜现象，造成接触电阻增大而发热。
2）安装不当造成动静触头接触不良，动触头插入深度不到位使触指受力偏离理想值过大，接触压力不足，均影响触头的接触电阻，接触压力越小接触电阻越大，为日后接触点过热埋下隐患。
3）紧固触指的弹簧有导磁特性，通过电流时易产生涡流过热，通过触头的大电流时间过长造成弹簧过热。而弹簧退热后，弹簧的弹性系数下降导致对触指的紧固力下降，使触头接触不良，导致接触电阻增大。
4）触头接触面不光整有杂物或者接触面渗进雨水和尘埃使其氧化，铜银接触处处理不当产生电化腐蚀，这些腐蚀物皮膜均使接触电阻增大，造成连接处过热，并且随着温度升高，氧化反应加快，腐蚀物皮膜加厚，接触电阻越来越大，过热越加严重，产生恶性循环。
1.2触头温升的计算。触头接触电阻受触头材料、接触压力、接触面积等因素的影响，文献[3]给出了计算接触电阻的经验公式：
式中，Rj为接触电阻，mΩ；F为接触压力，N；m为与接触形式、压力范围和实际接触点的数目等因素有关的指数；kj为与接触材料、表面状况等有关的系数，其值由实验确定。由式可得，触头的接触电阻与触头材料相关系数大小成正比，与接触压力和接触形式的系数成反比。因此采用良好的触头材料，保持触头正确的接触形式和适当的接触压力可以降低触头的接触电阻。运行中的高压隔离开关触头的接触方式多为线接触，实际上的接触是由多个点接触构成，每个点接触接触电阻约为10μΩ。刚投入使用的高压隔离开关回路接触电阻不超过130 μΩ，随着使用时间的积累，回路电阻能达到2000 μΩ。
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1.3温升试验。采用热电偶测温方法对户外高压隔离开关进行温升试验，由于隔离开关触头结构的对称性，触头发热多是因为接触不良造成接触电阻增大引起的，所以试验中在触头对称的接触点附近分别布置一个热电偶测温元件，测温时能实现实时监测。对实验结果进行分析，实验过程中动静触头的接触点数和触头单侧接触电阻难以计算，测量电阻为回路电阻，测量温度为触头单侧的最高温度值。同一触头对称面的温度之所以不同，是因为接触情况的影响，接触不良的一面，接触电阻大，温度高，如第1次通流的A相和第2次通流的C相。同时，试验结果显示通入电流为405 A的触头部分测点温度大于通入803 A的温度，是因为第1次通流下的触头回路电阻明显大于第2次通流下的触头回路电阻，试验现场的环境对触头散热有显著的影响。根据试验环境风速每升高0.1 m/s，温升下降2 ℃，风速越大，触头强迫对流散热速度越高；环境温度越高，触头自然对流散热强度越小；试验中，触头直接暴露在阳光下，光照强度越大，触头的附加温升越高。可见，户外高压隔离开关的温升的影响因素是复杂多变的，图中测点温度曲线呈振荡上升趋势，最终趋于平衡。之所以曲线有振荡是因为试验在室外进行，环境中的风速不稳定，触头对流散热的强度随之变化。由于在一定时间内接触电阻不会改变，电阻损耗产热最终趋于平衡，达到热稳定状态。
2高压隔离开关触头发热事故的预防措施
为了避免因高压隔离开关触头发热引发的过热故障和电网停电事故，有必要采取一定的发热预防措施，包括管理措施和技术措施。
2.1管理措施的建议
1）严格把握设备出厂关，确保设备质量。针对高压隔离开关的出厂质量检测十分重要，将设备的质量问题解决在安装运行前，对设备日后良好运行奠定了坚实的基础。例如检查触头的镀银层厚度是否符合电力标准规范，如不符合，立即联系厂家更换。出厂前对高压隔离开关进行温升试验，测量回路电阻是否满足技术标准。
2）确保现场安装质量，在安装高压隔离开关时，施工人员要根据气候条件对触头连接处施加适当的压力。采用扭矩扳手判断压力，一般环境下，压力大些；环境温度高时，压力小一些。对于环境温度变化较大的情况，要及时调整接触压力，严格按照接触电阻的要求施加压力，确保设备安装质量。
3）运行阶段建立规范的巡检制度，加强巡视和红外测温，确保高压隔离开关运行操作标准规范。在加强现场巡查的基础上，每年迎峰度夏前，采用必要的技术方法对高压隔离开关触头温度进行在线测温，达到监控和预警的作用。同时，运行人员在正常操作时，要按照技术规范进行，避免不当的操作破坏接触面镀银层和导致接触不良增大接触电阻。
4）建立定期检修维护制度，避免检修不足。例如高压隔离开关在运行过程中，因为灰层等杂物在触头接触面上的堆积，长时间后会阻碍动静触头的接触，增大接触电阻。触指紧固弹簧长时间运行后，会出现由高温退火引起的弹力下降问题。所以为避免检修不足，运行单位应建立对高压隔离开关各部位的定期检修维护制度。
2.2技术措施的建议。关于户外高压隔离开关触头温度测量技术发展了多种，主要概括为接触式测温和非接触式测温。将光纤传感器和激光传感器集合的测温系统，不仅能实现测点在线实时测温，还能检测触指紧固弹簧的长度计算接触压力的大小，判断接触压力对接触电阻的影响。红外测温分为手持式红外测温仪和基于红外传感器的测温系统，前者只能检测视线范围内的设备，测量准确度受环境及表面状态影响较大，后者在提高测量准确度的基础上可实现在线测温。
户外隔离开关工作条件较恶劣，触头结构及材料、隔离开关运行方式、环境气候等因素直接影响触头发热状况．通过分析发热时触头材料的电陛变化和触头间热场影响，运用红外热成像技术，提出改善触头性能、加强在线实时监测等具体措施，为消除发热缺陷，进一步提高隔离开关运行稳定性提供依据．隔离开关的运行稳定既减小了检修造成的经济损失，又对维护电网的稳定运行产生重要影响。然而，引起触头发热的因素复杂多变，给研究设置了障碍。
参考文献
[1]陈明旭，张军达．隔离开关触头发热常见原因及相应的防范处理措施[J]．中国科技博览，2015（37）．
[2]谢聪乾．隔离开关运行时接触部分发热的原因及处理[J]．硅谷，2016（19）．
[3]陈化纲，张开贤，程玉兰．电气设备异常运行与事故处理[M]．北京：中国水利水电出版社，2015：6-78．
[4]梁方建，张道乾．GW5—1 10型隔离开关触头发热缺陷分析及检修处理[J]．高压电器，2015，（1）：88—90．
论文作者:龚继春
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/4
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