大电流开关柜发热故障的原因分析和处理.doc

大电流开关柜发热故障的原因分析和处理邯郸钢铁集团有限责任公司能源中心 刘立灿摘要：冶金企业的特点之一是大功率供电回路多，开关回路发热故障比较常见，本文对大电流开关回路的发热原因进行深入分析，并针对性的提出了解决发热问题的技术方案，在实际运行中很有借鉴意义。关键词：大电流 发热 磁环路 涡流一、前言冶金企业供电设备的特点之一是功率大，例如，大型冶炼电弧炉、大型轧钢主轧机等设备运行功率往往几万千瓦，供电开关柜运行电流高达几千安培。如果开关柜的设计、制造、安装过程中存在缺陷，往往产生严重发热，甚至烧熔设备，严重情况下造成弧光短路，不仅造成设备损失，还影响正常生产秩序。因此，应引起企业供电管理人员的高度重视，提前采取相应技术和管理措施，防范发热故障的发生。二、发热故障原因分析电气开关柜发热的原因，可以从两个方面进行分析。1、电气回路发热开关柜结构紧凑，由断路器、互感器、动静触头、母线（排）构成电气回路，运行中常常发生电气回路、元器件发热现象。再加上柜体密封严格，热量不能及时散发，会发生累积效应，造成更严重发热，严重情况下会将导体、触头烧熔、损坏甚至造成设备报废。电气回路发热的原因是由于电流的热效应引起。即当电流通过电气回路时，由于接触不良导致导体接点、断路器触头接触电阻升高，电流就会作功而消耗电能，产生了热量，这种现象叫做电流的热效应。计算公式为： Q = I2Rt 式中：I 通过导体的电流，单位是安培(A) R导体的电阻，单位是欧姆() t 电流通过导体的时间，单位是秒(S) Q电流产生的热量，单位是焦(J)由上式可以看出，电气回路发热量的大小与电流的平方、电阻的大小成正比。因此，当一个供电回路功率确定以后，其运行电流也就确定了，要想电气回路不发热，解决的办法就是想方设法降低电气回路电阻。2、柜体发热在大电流开关的实际带负荷运行中，常常发生柜体发热，影响正常运行。事例一某220KV变电站35KV主进开关柜柜体角钢异常发热，当运行电流超过1000A时，柜体角钢温度超过80，而且柜体产生“嗡嗡”的机械振动声音。如图1所示。图1 某220KV变电站35KV开关柜母线安装示意图从图中可以看出，A相母线和C相母线从上部角钢框架内穿过，上部角钢框架围绕A相母线和C相母线形成闭合磁环路。B相母排从下部角钢框架内穿过，同样，下部角钢框架围绕B相母线形成闭合磁环路。也就是说，开关柜在设计、制造、安装时没有考虑隔断磁路。母线带电运行流过电流时，角钢框架内就会感应磁场，上部角钢框架感应的磁场强度大小与A相和B相电流矢量和成正比，下部角钢框架内感应的磁场强度与B相电流成正比。这样在角钢框架内不可避免地感应涡流并产生损耗发热。当电流足够大时，角钢框架除了发热严重，还会产生电磁振动，并发出“嗡嗡”声音。从上面分析可以得出结论，隔断磁路就可以解决涡流发热问题。将中间安装A相和C相绝缘子的角钢从中间锯断，再用不导磁的不锈钢板或铜板连接固定，断开中间磁路。上下左右角钢框架虽然包围三相母排，但是三相电流矢量和为零，四周角钢框架内感应磁强强度为零，也不会造成涡流发热和电磁振动。通过以上方法处理后，角钢框架既消除发热，又消除电磁振动，效果良好。事例二某110KV变电站10KV主进开关柜运行时安装套管的钢隔板发热，严重情况发热至8090，柜体振动严重，不得不停电处理，影响正常的电能供应。如图2所示。图2 主进开关柜套管安装示意图通过现场勘查，发现安装3相套管的钢隔板为普通钢板，而且套管之间没有开口隔断磁路，母线通过电流时，隔板内就会形成磁路，感应涡流，产生涡流损耗，造成温度升高，并产生电磁振动。将安装套管的普通钢隔板改成不导磁的不锈钢隔板，发热和振动现象随之消失，问题得到解决。如果将套管之间钢隔板开口，隔断磁路，同样可以解决发热和振动问题。三、发热故障处理方法在实践中，针对大电流开关柜发热问题，可以采取如下改进措施。1、电气回路发热的监测，可以采用粘贴示温蜡片、示温贴纸的方法提示导体温度升高，这种方法简便易行，价格便宜。有条件的也可以安装电子测温装置指示所测点温度，可以实时监测温度，但是比较复杂，价格也昂贵。值班电工也可以使用红外测温枪、热像仪对设备温度进行测量监控。在实际运行中，往往采取多种措施和方法对电气设备进行温度监控。2、设备检修时对电气连接点螺丝进行检查紧固，使连接点牢固连接，降低接触电阻，可以有效避免电气连接点发热。3、对断路器直流接触电阻定期测量，只要断路器直流电阻不超标，在规程规定的范围内，可以防止断路器发热故障。4、对于断路器动、静触头发热问题，一般是由于触头表面氧化或压簧压力不足导致，应对动静触头消除氧化层、重新镀银以及更换新的压力簧。5、对于柜体框架、护板、隔板因产生涡流造成的发热和振动，可以采取隔断磁路的方法实现。也可以将产生涡流的部位更换成非导磁金属材料，例如不导磁的不锈钢、铜等材料。可以有效地防止涡流发热震动的产生。四、结论在电力设备生产