开关柜温升故障分析课件

一、概述

电气设备连接部分如隔离开关、动静触头、电缆头等由于各种原因，在电流通过时，温度升高，引起设备老化，绝缘下降，严重的将造成短路，损坏设备，中断供电。这突发性事件给企业造成了无法估量的损失。目前对连接部分发热情况监视的方法主要是值班人员定期用红外热像仪、测温仪或示温贴片等对设备进行离线式监视，该方法只能测量露在外面的接点温度，而金属封闭式开关柜内的接触点温度则没有办法监测。造成隔离开关、动静触头部分等发热现象比较突出，每年都有许多此类问题发生。二、开关柜温升事故案例1、济南钢铁公司动力厂一变电站，10kv小车开关柜额定电流1000A,现场实际运行电流400A。于2006年4月发生触头部位相间弧光短路，柜体烧毁严重。事故原因：小车的隔离触头存在装配工艺问题，致使动静触头接触不良，引起温升过高，造成绝缘破坏、相间短路故障。2、四川德阳电业局110kv变电站由于小车开关动静触头接触不良放弧短路，引起35KVⅡ段母线失电。事故原因：由于534号开关锁定装置（失效）致使开关手车的动静触头接触不良，在开关靠母线的触头间放弧短路。开关是否完全到位运行人员无法观察到。一般电力系统选配的开关容量会比实际运行负荷大很多。3、台州电业局110kv水龙变电站2号主变差动保护动作，三侧开关跳闸。事故原因：系2号主变10kv侧闸刀接触面度银层太薄，触子压力不足，造成动静触头接触不良，引起发热，发热加重使弹簧失效，最后形成静触头片熔化、坠落，造成单相短路，进而引发相间短路，酿成事故。暴露问题：闸刀质量差、开关柜没有观察窗，无法观察到闸刀运行工况。除以上案例外，还有齐鲁石化因触头过热问题引发的15台开关柜火烧联营的事故等等，因过热引起的事故不绝于耳，停电造成的损失远远大于开关柜本身的价值。2

合资厂的手车柜某合资厂开关柜，为上海某开关有限公司生产，型号为8BK20，测试位置为开关柜箱体外表及内部母线母排。此处，开关柜温升暂时没有超标，但是应该注意，此时负荷并没有达到额定容量的70%，但是温升已经接近上限。由此可见，合资厂产品虽然温升情况优于国产设备，但同样也存在温升超标情况。数据证明，运行中的开关柜实际温升水平通常都要超过试验室测出的温升数据。而且，多数情况温升超标时开关柜甚至远没有达到设计满容量，型式试验测得数据通常是在试验室完成的，持续时间不长，通常不超过8h，不具备温升累积效应，不能等同于长期运行并持续发热的设备。导致接触不良的原因分析：接触电阻的组成1、收缩电阻当电流从金属导体较大的截面突然转入截面很小的接触点时，电力线成剧烈收缩现象。由此而呈现的电阻称为收缩电阻。同种材料收缩电阻与压力和接触点数目成反比。螺丝松动、弹簧退火、磨损都会使收缩电阻增大。2）、吸附膜是由水分子和气体分子在接触面形成的一层吸附层，无法完全排除，但压力可使其减少层数。3）、有机膜是绝缘材料在温度的作用下，受热分解的有机蒸汽，在电接触表面形成粉状有机聚合物，有机膜不导电，可以用机械方法把它压碎或者用电流热效应和电弧将它烧损，恢复导电性能，但固定式接触和不带负荷分合的可分式接触，自行恢复能力较差。4）、无机膜电接触材料暴露在空气中，周围空气中存在的氧或者硫化氢都会从接触面周围缝隙逐渐侵入，前者生成氧化膜，后者生成硫化膜，形成化学腐蚀，在空气中的水分介质作用下，不同金属又会形成金属腐蚀。无机膜的厚度和性质直接影响着导电性能。表面膜电阻与导体连接处的压力、密封程度、周围空气环境条件密切相关。开关柜在运行一定时间后由于以下原因导致接触电阻增大：1、母线螺丝松动由于金属的膨胀效应，钢制螺栓的金属膨胀系数要比铜质、铝质母线小得多，尤其是螺栓型设备接头，在运行中随着负荷电流及温度的变化，其铝或铜与铁的膨胀和收缩程度将有关差异而产生蠕变，也就是金属在应力的作用下缓慢的塑性变形，蠕变的过程还与接头处的温度有很大的关系。实践证明，当接头处的运行工作温度超过80℃时，接头金属将因过热而膨胀，使接触表面位置错开，形成微小空隙而氧化。当负荷电流减小温度降低回到原来接触位置时，由于接触面氧化膜的覆盖，不可能是原安装时金属间的直接接触。每次温度变化的循环所增加的接触电阻，将会使下一次循环的热量增加，所增加的温度又使接头的工作状况进一步变坏，因而形成恶性循环。2、小车的隔离插头弹簧变松。1)、开关小车多次推入拉出造成隔离插头的磨损。2）、电动力的作用下，造成弹簧疲劳。3、温升造成弹簧退火。弹簧松动又会造成压力减小，接触电阻增大。3、其他因素：选用的导体材料电导率不满足要求，多数属于导体原材料纯度不够现场的其它因素，比如可能存在安装检修工艺不当，如母线在加工、连接、安装过程中，对母线接触表面处理不到位、不平整、不光滑、没有涂专用电力脂等，导致有效接触面积减少接触电阻增大而发热。长期发热对开关柜的影响：1、机械强度下降铜、铝、螺栓、弹簧、弹垫会产生慢性退火变软，丧失机械强度，导致变形和破坏。2、绝缘性能降低对大部分绝缘材料来说，可以用“八度规则”经验规律来估算其寿命。原则上是温度每上升8度，其寿命则降低一半。综上所述，即使是质量较好的开关柜，负荷达到满容量的70%时，由于长期累积效应将使得温升超标；接触不良、谐波影响，也同样会使得温度上升。而并非只是负荷大才会有温升问题。温升带来的不良影响有急性的：绝缘击穿、短路；也有慢性的：绝缘性能下降，电气性能下降，寿命减短。温度和绝缘是电气设备健康状态的两项最重要的指标，同时这两个因素又是相互影响的。只要能及时掌握温升状况，就能有效避免很多电气事故的发生。但这样做又存在以下弊端：长期运转，风机转速下降、风道受阻都有可能使风量降低，使温升再次超标。风机运转时噪音很大，影响了运行人员对异常声响的判别。发热往往只在局部，整个环境温度降底，对局部发热严重的状况改善很有限（空气的传导系数比较低），有可能造成凝露，酿成绝缘事故；因此，有选择性的开启风机，空调温度要设在最恰当的数值，才能做到有效降温，延长风机使用寿命，还要防止温差过大形成的凝露条件。要实现以上功能，前提是对开关柜容易发生温升的地方进行及时监测，根据实际温升状况采取不同措施，有效降温。

六、无线传感原理演示系统远程通讯结构图如下:七、开关柜测温方案图3.1.5测温发射模块的安装图3.1.6电缆搭接测温发射模块安装方法接收模块安装要求:

A、远离高压带电体；

B、安装在与其配对的发射模块同一个柜体里；

C、安装位尽可能走线方便。图3.1.10接收模块安装示例图无线温度传感器种类测温显示主机的安装：

显示主机可安装在仪表室的一个适当位置。图3.1.11测温主机安装示例图一图3.1.12测温主机安装示例图二

八、开关柜无线、光纤、红外测温方案对照表无线光纤红外产品组成传感器：金属热电偶、数据发射模块，内置感应取电模块及耐高温（150℃）电池的混合技术。2、接收模块3、显示仪表（配RS485通讯接口）4、配专用软件自成系统或与自动化公司成套。传感器：光纤主机配自有软件，自成系统。

传感器：红外光学探头显示仪表（配RS485通讯接口）配专用软件自成系统或与自动化公司成套。无线光纤红外安装方式根据需要测温的部位如：采用一多专利技术的测温环或利用原有母线螺栓固定温度传感器。数据接收模块安装于处于低电位处：壳体、横梁等位置。显示仪表安装于开关柜仪表门板上。

将光纤直接缠绕在需要测温高电位的部位，用胶粘的方式固定光纤，一根光纤贯穿所有测温点。主机直接安装在后台上

将红外光学探头直接对准在需要测温部位。显示仪表安装于开关柜仪表门板上无线光纤红外安装方式无线光纤红外安装方式分析直接固定在高电位处，安装牢固、简便。可在成套厂安装，也可在现场安装。测温位置不受柜内结构影响，可直接装于触头盒内的静触头与母线连接处，具有测温直接、准确的特性。

直接固定在高电位，时间长以后，粘胶有老化脱落的隐患，只能在现场需专业人员安装，且光纤弯曲半径需要在3CM以上不能弯死角；光纤本身材质较脆易断，在柜内施工有一定难度。对测量位于触头盒内的触头温度，较难实现。

固定于低电位，安装牢固、简便。可在成套厂安装，也可在现场安装，但因探头与被测点中间不能有隔挡及光学镜头有距离系数比，开关柜型号多、结构复杂，选择合适的位置及对准测温点有一定难度。尤其是测量触头温度，受触头盒封闭结构影响，无法直接测量。无线光纤红外测温原理热电偶接触式测温，采集到数据发射模块（热电偶与发射模块处于高电位的等电位，将温度数据通过数字无线的方式发射到接收模块，至测量仪表通过RS485通讯到上位机。

根据拉曼散射原理，测量测温点温度，利用光纤的抗干扰性强、绝缘的特点，直接连到主机进行数据分析。利用红外光学探头的测温特性，测温。将测温数据直接传送到显示仪表，通过RS485通讯到上位机。无线光纤红外技术成熟度技术已被其它领域大量应用，成熟技术。

国内处于起步阶段，准确性、精读尤其是后半段测量有待提高。该技术已被便携式测温枪大量应用，但长期在线监测技术应用需克服环境的影响。

无线光纤红外绝缘性高低电位通过无线联络，隔离彻底，无绝缘隐患。在35kv、10kv、6kv电压等级均有应用

光纤本身绝缘性较好4cm/kv,但运行时间长以后，光纤表面受积灰、吸潮影响，存在爬电、短路的隐患。安装后柜内存在多根光纤线处于高低电位之间，安全绝缘是这种测温方式的最大隐患。违背了测温目的是为了消除隐患的初衷。只在10kv以下设备上有过应用。

处于低电位，无绝缘隐患。只要距离够，不受电压等级影响。

无线光纤红外耐受温度测温范围长期-20—200℃-20—200℃长期-20—125℃-20—125℃长期0—80℃

-20—200℃无线光纤红外精度+2℃。+1℃由于该种测温方式受环境因素影响较大，故测量的温度偏差较大。无线光纤红外运行后的稳定性由于数据采集模块与传感器同处于高电位，与处于低电位的接收模块采用数字信号传输，采用美国TI公司免调模块，抗干扰性较好。不受运行检修的影响。单机损坏不影响整个系统。装置本身稳定性较好，抗干扰性强。但在设备检修时，易被碰损，一旦一个点受损整个系统瘫痪。

易受环境温度、电磁场、镜头表面积灰、测量表面粗糙度、发射率等因素影响，稳定性与准确度较差。单机损坏不影响整个系统。无线光纤红外总体评价无线传感技术由于存在布线简单、方便、成本低、适合大量分布的特点，该技术已被越来越多的领域应用，尤其适合高危险、环境较差的等不适合人工作的场所。随着该技术的迅猛发展，