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    高壓開關柜溫升原因及監測方法

    更新時間:2022-09-22 點擊次數:705
    周穎
    (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
    1 引言
           我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,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,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。
    2 高壓開關柜智能操控裝置的功能特點
           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
    3 總結
           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。
    參考文獻:
    [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


    作者簡介:

    周穎,女,本科  安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向為智能電網供配電

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