广东电网有限责任公司韶关供电局 广东韶关 523000
摘要：本文分析了变电站高压开关柜的结构和常见引起开关柜发热的原因，同时对某110kV变电站高压开关柜发热现象进行了分析，得出了发热起因，进行了改进。
关键词：变电站；高压开关柜；发热
0 引言
高压开关柜作为重要的输配电设备，对电力系统的安全和高效运行起着非常重要的作用。开关柜内各触头、接头会因长时间的磨合、氧化或连接方式不对导致接触面的接触电阻增大，当负载电流流经这些接触电阻异常的触头、接头时，会产生发热现象，开关柜内通常采用封闭式结构，散热条件差，触头、接头产生的热量很容易被积累引起开关柜内部温度升高，柜内温度过高将导致开关柜发生故障，轻者影响柜内电器材料的机械性能，重者可能引发停电、火灾等严重事故。
1 高压开关柜结构
高压开关柜是按一定的电路方案将有关电气设备组装在一个封闭金属外壳内的成套配电装置。变电站中常用的开关柜柜体通常采用组装式结构，具体可分为四个单独的隔室：母线室、电缆室、开关室、继电器仪表室，各室用隔板隔开。
（1）母线室
位于开关柜背面的上部分，在母线室里，装置着三相高压交流母线。母线由绝缘套管进行塑封后，在母线穿过开关柜的隔板时，再由母线套管进行固定。
（2）断路器室（开关室）
为了保证断路器手车在断路器室内正常滑行和工作，特殊的导轨被安装在断路器室内。手车可以在工作、试验的位置之间自由移动，后壁上安装了活门。在手车移动过程中，隔板被自动打开，而反方向移动时，隔板又完全重合。这样就保证了工作人员不会被带电体触及到。
（3）电缆室
在电缆室中，各种附属设备能进行安装。例如避雷器、接地开关、电流互感器，以及电缆等。另外，为了施工现场的便捷，室内底部会配置开了缝的可卸铝板。
（4）继电器仪表室
其工作面板包含了微机保护装置、保护出口压板、把手、仪表、指示灯等。该室内会装有端子排、保护工作直流电源、保护控制回路直流电源开关、特殊二次设备，以及储能电机的工作电源开关。
2 高压开关柜发热原因
结合对高压开关柜的研究以及多年来在工作中对高压开关柜进行检修、安装与调试所获取的经验，发热原因可包括以下方面：
（1）柜体结构设计问题
高压开关柜大多采用中置式结构，其断路器室位于柜体中部，断路器可由小车推动，安装、调试、及维护都相对方便，又称为交流金属封闭开关设备和控制设备。柜体采用敷铝锌板，采用数控机床加工，运用了多种折边工艺，由拉铆螺母和高强度螺栓连接而成。柜体的结构主要由外壳、隔室、隔板、活门等组成。隔室分为母线室、断路器室、电缆室、二次电缆室和仪表室。由于其结构紧凑且体积小，隔室间是相互独立的，防护等级高，但每个隔室的隔板和柜体面板之间的间隙小于1mm。开关柜内的热量分布不均匀，导致开关柜温度过高。
（2）电阻增大与涡流、磁滞损耗
由于导体本身具有电阻，电流通过导体时，会产生热量。在高压开关柜运行中，涡流损耗的发热占很大比例。在开关柜母线室内，当导体通过电流时，横向主母排与垂直分支排在一起产生交变磁场，柜体内固定穿墙套管的金属板和隔板会产生电动势，产生大量杂散涡流，从而产生大量的热量。
（3）电气连接部位、小车触头接触不良
电气连接部位接触不良主要体现在以下两方面：一是检修人员的失误或安装过程的缺陷造成的。在施工过程中，如果技术标准不严格，安装过程出现故障，则会给封闭式高压开关柜带来发热隐患。二是电气接头和设备线夹的接触面被氧化，导致发热。电气设备接触面总是有一些缝隙，无论压接的多么紧。如果运行的时间较长，接触面会产生一层氧化膜。当接头被氧化时，接触电阻会增大，接触电阻的增大会使接触面变热，而发热又将加速接触面的氧化反应，从而导致发热的故障。
（4）负载电流过大
老旧变电站中的高压开关柜在施工时受到当时的经济发展和其他因素的影响，导致规划和设计的裕度过低，导致开关设备的容量匹配不上后期的实际运行。伴随着社会经济的日益发展，用电负荷也逐年增长，开关动静触头的载流量不能满足负荷增长的要求。长期运行导致动静触头逐渐氧化，接触电阻也增大，触头将会发生局部温升现象。在正常工作时，负载电流产生的热量在空气冷却后得到热平衡状态，温升不超过规定值；但当负载电流1倍或多倍的增加时，尤其是线路遭受短路电流冲击后，设备温度急剧增加，温升超过允许值，薄弱的部分就会过热。
（5）高温环境
为了防止人体靠近高压开关柜的高压带电部位和运动部位从而造成伤害，并避免开关柜进入异物引发开关柜短路，按照相关技术文件要求，当防护等级为最高IP5X时，开关柜的间隙足够小，以防止大量灰尘对设备的安全运行。因此，在夏季高温季节，室内的高温会引起开关柜的散热不良。电气设备接头（母线连接、电缆T连接等）常用螺栓连接，螺栓一般是钢材质，而母线或电缆设备的线夹是用铝或铜材料制成的，钢螺栓的膨胀系数小于铝或铜的设备。当温度变化时，母线和螺栓的膨胀或收缩比率不一致，引发接触压力逐渐降低，导致接触电阻增大，接触电阻增大发热致使接触面氧化，氧化膜的形成使接触电阻增大，从而导致温度变化的恶性循环。
3 案例分析
韶关地区某110kV变电站在巡检过程中发现，10kV开关柜普遍存在柜体发热的问题，主变进线及母联开关柜柜体温度均在86℃左右，其余馈线开关柜柜体温度均在72℃左右。当时，高压室室内环境温度为26℃。该开关柜为2013年6月出厂，于同年8月完成现场安装调试工作并投入运行。结合以上方法，对高压开关柜进行了全面检查，并得出了原因。
（1）未按照设计要求对开关柜内部手车式断路器的动、静触头进行安装调试，造成手车式断路器的动、静触头发生“虚接”现象。断路器手车操作至运行位置时不到位、动触头的梅花触指与静触头不对中，受力不均匀，插入深度不够，导致动、静触头之间接触电阻过大，致使开关柜发热。
（2）手车动触头的梅花触指长时间通过大电流，导致紧固触指的弹簧由于严重过热而退火，弹簧的弹性系数下降，对触指的紧固力降低。
（5）在柜体正面下部隔室的封板上开有百叶窗，该隔室内安装有一台散热风机，风机可以将开关柜内部的热量从下部隔室封板上的百叶窗送出。开关柜柜顶及其余部位均为密封结构，风道不通畅，风机运行相当于对开关柜抽真空，热空气由上向下流通不符合自然规律，散热效率低，效果差。热空气大量聚集在开关柜的顶部，应在开关柜的顶部再设计一个百叶窗。同时，改变风机风向，让风机向上吹风。这样，空气从柜体外部到柜内下部，再由风机吹送到柜内上部，经过柜顶的百叶窗向柜外流通，才能提高散热效果。
4 结论
高压开关柜过热会导致柜内绝缘件加速老化，降低柜内绝缘水平，严重过热极有可能导致内部短路故障发生，因此在变电站日常运维过程中应加强对开关柜温度的监控。
参考文献：
[1]王飞雪,李兆瑞.中置式高压开关柜断路器手车触头发热处理方法分析[J].中国金属通报,2018(04):229+231.
[2]杜丽,丁永生,姜富修.一种高压开关柜的热效应仿真方法[J].电气技术,2017(11):133-137.
论文作者:刘志高
论文发表刊物:《中国电业》2019年第08期
论文发表时间:2019/9/5
标签：开关柜论文; 高压论文; 母线论文; 柜内论文; 断路器论文; 手车论文; 电阻论文; 《中国电业》2019年第08期论文;