高壓開關柜溫升原因及監測方法

任運業

（安科瑞電氣股份有限公司 201801）

摘要：電力傳輸系統中，發電廠、變電站的高壓開關柜起著關鍵性的作用，隨著電網設備技術的發展，高壓開關柜也得到廣泛的使用。在使用開關柜的過程中，普遍存在開關柜內部過熱現象，并且由于開關柜的密閉性，在負荷較重的地區，引發開關柜的溫升超標現象。本文以高壓開關柜位研究對象，分析溫升超標的原因及溫度監測方法，可以有效預防高壓開關柜的高溫故障，保障高壓開關柜的安全性。

關鍵詞：無線測溫   高壓柜測溫  智能操控

我國電力系統的大規模發展，增加了高壓開關柜的運行壓力，隨著電網的改革與建設，高壓開關柜的數量越來越多，增加了故障的發生機率。目前，電力系統內部使用的開關柜，都要通過型式試驗對入網的開關柜進行處理，在溫升方面，要求比較嚴格。根據相關理論進行分析可知，在實際運行過程中，通常情況下，負荷不會達到開關柜的設計滿容量，更不會引發開關柜的溫升問題。但是，實際情況并非如此。根據實際運行經驗可知，隨著負荷的不斷增加，使得開關柜的溫升迅速增加。當負荷超過開關額定電流的75%時，在這種情況下，溫升尤為明顯，此時早已不符合標準要求。當負荷比較低時，溫升現象不明顯。在實際運行中，與試驗室測出的溫升數據相比，開關柜實際溫升水平普遍比較高，并且多數情況下，當溫升超標時，開關柜甚至遠沒有達到設計滿容量。對于高壓開關柜來說，開關觸頭、母排連接點的實際溫升，通常情況下總是高于試驗數據，其原因主要表現為：

（1）在試驗室完成型式試驗，測得相應的數據，在持續時間方面，雖然達到了穩定溫升所需要的試驗時間，但現場環境復雜，加上試驗過程中，不具備溫升累積效應，不能等同現場長期運行并持續發熱的設備。

（2）不同金屬在膨脹效應方面存在差異。鋼制螺栓的金屬膨脹系要比銅質、鋁質母線的金屬膨脹系數小得多，對于螺栓型設備接頭來說表現得尤為突出，在實際運行過程中，隨著負荷電流、溫度的變化，在膨脹、收縮程度方面，由于鋁、銅與鐵之間存在一定的差異性，在一定程度上造成蠕變，也就是受應力作用的影響和制約，導致金屬緩慢發生塑性變形。實踐證明，當接頭處的運行溫度超過80℃時，因過熱使得接頭金屬發生膨脹，同時受各種因素的影響，進一步產生微小的空隙，早成氧化腐蝕。當負荷電流減小溫度降低回到原來接觸位置時，由于接觸面氧化膜的覆蓋，造成接觸電阻變大，每次溫度變化的循環都會使接頭的工作狀況進一步變壞，因而形成惡性循環。

（3）連接部位緊固螺栓壓力不合理。對于導體連接，在部分安裝、檢修人員意識中，在擰緊連接螺栓的過程中，認為螺栓擰得越緊越好，實際并非如此。由于鋁質母線的彈性系數較小，當螺母壓力達到臨界值時，如果材料強度比較差，當繼續增加壓力時，將會導致接觸面變形隆起，使得接觸面積進一步減少，增大接觸電阻，進而影響導體的接觸效果。

（4） 由于導體原材料純度不夠，造成導體材料電導率不滿足要求。

（5） 其它因素，例如在加工、連接、安裝母線過程中，對母線接觸表面處理不到位、不夠平整，進而減少有效接觸面積，增大接觸電阻而產生發熱。

以上的情況都會造成高壓開關柜的溫升異常，所以加強對運行開關設備溫升的監視，發現問題及時采取措施就變得非常必要。高壓開關柜內有裸露高壓, 空間封閉狹小,無法進行人工巡查測溫,傳統的測溫方式無法有效地解決這個問題。為了解決這個問題，應用于高壓柜的無線測溫方式應運而生，無線測溫由溫度傳感裝置和顯示報警裝置兩部分組成，溫度模塊包括溫度傳感器和數據發射器，溫度模塊可安裝于柜內任何的發熱點上，利用無線數據傳輸技術，可遙測每一個重要部位的發熱問題包括開關柜內觸頭、銅排接頭等非可視部位，并可實時把檢測數據發射出去，由安裝在儀表門上的顯示報警裝置接收記錄。利用現場總線技術，還可實現遠程智能監控，這樣就不需要人工現場勘測，不存在安全隱患，還實現了高壓柜的溫度在線實時監測，避免高溫造成的設備故障。

安科瑞電氣股份有限公司ASD320/ASD500智能操控裝置搭配ATE400無線無源測溫傳感器可廣泛用于高壓開關柜的電氣接點溫度監測，除此之外智能操控裝置還具有一次回路模擬圖及開關狀態指示，高壓帶電顯示及核相，自動溫濕度控制，加熱回路故障告警，分合閘回路完好指示、分合閘回路電壓測量、預分預合閃光指示，人體感應自動照明，語音提示，電參數測量，RS485及以太網通訊接口等眾多功能，集操作、顯示于一體，監視高壓開關柜的運行狀態，為高壓開關柜的穩定運行提供助力。無線無源測溫傳感器ATE400采用電流感應原理自提供電源，啟動電流為5A，監測溫度范圍-50℃~+125℃，精度±1℃，可安裝于高壓柜內開關觸頭，銅排/電纜接頭實現溫度采集上傳，產品運行穩定，通過西安高壓電器研究院的試驗測試，取得認證報告。

2.1 產品型號功能

2.2 配套產品

與 ASD 系列產品配套使用的溫濕度傳感器和無線測溫接收器，可以采用導軌（DIN35mm）安裝方式，也可以使用螺栓固定方式，無線溫度傳感器共有 5 種，分別對應螺栓固定、表帶固定、扎帶捆綁、合金片固定等安裝方式，如下圖

電池供電型無線溫度傳感器

安裝于發熱部位，采集溫度量并通過無線方式傳輸的傳感器。

目前無線溫度傳感器有四款：

CT 感應取電無線溫度傳感器

安裝于斷路器觸頭、母排、電纜搭接點等大電流處，采集溫度量并通過無線方式傳輸的傳感器

無線測溫接收器

高壓開關柜在電網電能傳輸中起到至關重要的作用，溫度是開關柜健康運行的一個重要指標。通過對溫度的在線監測可及時發現開關柜的異常狀態，及時查找并解決隱患，避免影響電網系統的安全性，進而發揮高壓開關柜的有效作用。

[1] 郭玉 劉虹麟，高壓開關柜溫度的在線監測方法分析.山東工業技術,2017(19).

[2] 謝亮.運行中高壓開關柜實際溫升分析[J].電力安全技術，2005(10).

[3] 陳曉亮 包玲 高永鵬. 高壓開關柜實際溫升超標原因分析中小企業管理與科技·下旬刊，2015(02).

[4] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版

任運業，男，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為配電監測。