[摘要]文章通过对封闭式高压柜的运行现状与接头发热事故的分析，指出造成此类事故的主要原因，并对预防此类事故的方法进行初步的研究、分析，最后指出可行、实用的高压柜内接头温度实时监视方法。该方法在电网中的推广应用具有一定的意义。
[关键词]封闭式高压柜；接头发热；事故分析；实时监测
[作者简介]何志辉，广东电网公司茂名高州供电局助理工程师，研究方向：变电继保、乡镇供电所人员及线路设备等管理，广东高州，525200
[中图分类号]TM81 [文献标识码]A [文章编号]1007—7723(2008)12—0034—0003
一、引言
运行中的电力发电厂、变电站的高压开关柜是重要的电器设备。而这些开关柜主要维护部位就是触头部位，如触头松动、弹性老化、接触面不洁等，都会引起触头温度的异常变化。以往由于没有可靠的手段在线检测触头运行温度，往往采用“计划维修”，因此极易导致设备烧毁或突然停电等事故，在一定程度上影响了企业的效益。
而电力设备经常发生接头发热现象，如不及时发现并处理就会导致严重的生产事故。近几年电力生产中广泛运用各种先进的温度测试设备，如：红外热成像仪、光纤光栅测温红外线点温仪等，取得了很好的效果，电力设备接头的温度得到了有效监视，接头发热事故大大减少。
封闭式高压柜在运行中不能打开，因此无法测量运行中柜内接头的实际温度。密封式开关柜内接头发热事故在近几年有增长的趋势，已经成为严重影响安全生产的难题。结合生产实践，我们发现接头发热事故主要发生在负荷较重的10kV小车式封闭开关柜内，下面以10kV金属铠装抽出式开关柜为对象对此类事故原因进行分析。
二、10kV封闭式开关柜概况
(一)10kV封闭式开关柜的应用概况
封闭式高压开关柜以其安全可靠、结构紧凑、占地省、操作方便等优点，在开闭站、小区配电室、变电站内广泛使用。在高州供电局变电管理属的变电站内的10kV密封式高压开关柜约有200台，分布在高州地区14座变电站内。目前使用中的10kV开关柜主要存在设备型号多样、质量参差不齐、备品备件不全、部分设备严重老化等问题。
(二)封闭式开关柜结构特点
封闭式高压开关柜的设备分布在4个相互独立的隔室内，分别是断路器室、母线室、电缆室、控制室。按有关的规程要求，除实现电气连接、控制、通风而必须在隔板上开孔外，所有隔室呈封闭状态。由于发热点在密封柜内，运行中的柜门禁止打开，值班人员无法通过正常的手段检测到开关内部特别是触头的温度，所以一旦触头发热严重必然造成事故发生，影响系统安全运行。
(三)高州供电局封闭式高压开关柜接头事故统计
封闭式高压柜内接头发热事故在近几年屡有发生。10kV开关直接承担用户负荷，其中不少是重要负荷，如果发生突然停电事故，不但会造成不良的社会影响，而且给供电部门造成很大的经济损失。
2007年12月，1IOKV长坡站10kV长坡线开关因触头发热故障减负荷。
2008年3月，110KV石龙站10kV大坡F13开关因触头发热故障减负荷。
2008年4月，110KV古丁站10kV墟镇线开关触头发热严重烧毁。
2008年6月，35KV云潭站10kV墟镇线开关触头发热严重烧毁。
三、事故原因分析
事故分析发现，发生事故的原因主要有：检修试验人员工作失误、设备安装连接工艺不当、负荷变化、设备老化变形等。
(一)触头接触面氧化、脏污
高压开关柜的动静触头是最容易发热的部位，由于该部位接触不良、脏污等原因，接触电阻较大，在大电流情况下该处的热功率很大，其结果是接头发热严重，加剧接触面氧化，使得接触电阻进一步增大，形成恶性循环，发展到一定阶段后，则会造成严重的故障，破坏系统稳定运行。
(二)设备的安装、连接工艺不当
设备的安装工艺不当主要是施工质量问题，封闭式高压柜内小车式开关插嘴的位置与固定的插头位置如有偏差，开关推入后插头部分就可能接触不实，造成发热。这是施工安装时的问题，需要运行人员在设备验收时把好关。另一个连接工艺问题出在出线电缆与开关引出线的连接处。10kV连接开关的引线一般使用40mm宽铝排，旁路刀闸一般安装在铝排上，出线电缆也在这一位置。10kV电缆较粗，通常只使用1根螺栓来连接运行与备用2条电缆，连接的受力面较小，电流通过的有效截面减小，于是造成发热。
(三)负荷的影响
电力负荷的变化会影响设备的温度，正常的负荷变化引起的温度升高不会超过规定的75℃。如果负荷增加得较多时(如比平时增加了1倍或几倍)，或者线路受到短路电流冲击后，设备的薄弱环节就会发热，如触头部位。发热后连接点的材料会发生变形、氧化等物理或化学变化，导致触头的弹性老化、接触不良，从而使触头材料的机械强度、物理性能下降。发热后如不及时发现，再次受负荷冲击后，又会过热，经过多次反复的恶性循环，接头的连接状况越来越差，最后直至造成接头熔断事故。
(四)设备的质量存在问题，触头容量不足，导致发热
当设备的制作、装配存在问题，触头容量不足或接触不良时，该处局部温度升高，严重时烧断该处触头，引起停电事故。
(五)检修试验人员工作失误
检修人员进行开关检修或试验时必须拆开部分连接点，工作结束时再恢复原样。由于工作人员失误，本来应该安装4根紧固螺栓的接头，只装了3根甚至只装了1根。线路负荷较小时这样的隐患不会被立即发现，当负荷突增时该接头就会过热。这样的情况一般出现在电流互感器的连接点。事故的主要原因是检修人员的工作态度与责任心的问题，此类事故近几年随着检修工作责任制的推行已经大大减少。
(六)电力谐波存在
系统中变频器的大量使用，使系统谐波增加，由于导体的集肤效应与铁耗增加而引起发热，特别是触头更为严重。
(七)环境温度较高，防护等级因素造成的散热不畅
为防止人体接近高压开关柜的高压带电部分和触及运动部分，以及克服敞开式开关柜容易进入异物引起设备短路的缺点厂家一般都是根据国标DL／T404-1997《户内交流高压开关柜订货技术条件》652中对防护等级分类规定进行设计。以广东省为例：夏季室外温度一般在28℃～35℃之间，一些地方时有超过40％的气温出现，加上设备本身散发的热量，室内无通风设施，室内环境温度过高，造成开关柜内热量无法散去。使触头发热越来越严重。
四、预防接头发热事故的措施及方法
密封高压开关柜内的接头发热是生产中的难题，通过采取各种措施，如：实行检修人员责任制，更新老旧设备，改进接头的连接、安装工艺等，可
以大大减少接头发热事故，但是从目前的设备状况看要想完全避免接头发热事故也是不现实的。于是希望通过监视的方法，提前发现开关柜内设备接头发热的迹象，以便采取措施，防止出现恶性事故。
(一)目前经常使用的柜内接头温度监视方法
但由于许多母线以及开关处于高电位，目前国内专门用于高压母线、高压开关及触点发热测量的仪器还很少。温度监测的方法有： 1 在高压涂发光材料
这是在高压电接触表面涂一层颜色随温度变化的发光材料，通过观察其颜色变化来大致确定温度范围，这种方法准确度低、可靠性差，不能进行定量测量。
2 在接头粘贴测温蜡片
粘贴测温蜡片是室外接头常用的测温法，用在封闭柜内有很大局限性，大部分接头通过柜门的观察窗看不到，只能在开关停电检修时检查接头有无过热情况，对预防事故作用不大。
3 手摸柜门感知柜内温度
手摸柜门的方法可大概判断温度有无异常，在110kV高州变电站和110kV红花变电站曾通过此方法发现2起严重的接头发热故障；但是这种方法具有很大的随意性与偶然性，而且由于个人感觉的差异，相同情况也会有不同判断。
4 通过异常气味发现设备过热
当有过热的接头时，一定会有异常气味或者异常声音，特别是连接电流互感器的接头发热时，可以发出强烈的异常气味，工作人员可根据气味的来源作出进一步的判断。
5 利用辐射特性的红外热像仪
另外一种方法是利用辐射特性的红外热像仪，准确度较高，但由于需要光学器件，在高压开关柜等特定场合使用不太方便，而且价格较高，推广应用有一定困难。
以上几种方法可以大概判断开关柜内有无接头发热故障，但是不科学、不严谨，对无人值班的变电站、开闭站无实用价值。更重要的是以上方式都需要人工进行巡查，不能实时得到温度数据，所得到的数据永远是滞后的，无法在第一时间判断开关柜内有无触头发热故障，起不到温度实时报警功能。而有线通讯方式的电子仪表不符合电力高压环境测量仪表规范。因此应寻找一种更科学的方法。
(二)预防封闭柜内接头发热事故的新方法
长期以来，高压开关柜内触头运行温度很难监测，无法进行人工巡查测温。这是因为柜内具有裸露高压，且空间狭小，通常的温度测量方法不能使用。因此，实现温度在线监测是保证高压开关柜安全运行的重要手段。
最初试验选择的是直接监测法，在接头上安装温度传感器，将温度信号集中处理，判断接头温度是否超过允许值。其技术难点是温度传感器的安装，温度信号由传感器到处理机的传送。要求温度传感器直接安装在10kV电压的接头上，其体积有严格限制，不能影响开关的绝缘与正常运行。信号传送使用有线方式是绝对不允许的，通过无线发射存在强电场磁场干扰与发射装置电源不易解决的问题。
随后又进行了间接监测的研究与试验。主要方案是在接头位置涂一种特种涂料，使其在规定温度时发出特定气体，在柜顶部安装特定气体的传感器，当气体浓度达到一定值时发出报警信号。这一方法的技术难点之一是气体的选择，该气体要求在空气中含量少，不受被测物温升后挥发气体干扰，对此气体检测最好使用成熟的传感器。难点之二是发出气体的涂料的稳定性，要保证在室温中长期存放不挥发。选用氢气与一氧化碳进行了试验。由于受气体浓度限制，要求传感器灵敏度较高(带来干扰信号太多的问题)。此方案虽然有所突破，但由于其成本太高，不易在生产中推广应用而最终被否定。
接着受手摸感知法的启发，决定通过监视开关柜内空气温度的方法来判断有无接头发热故障。总体方案是在每台开关柜顶的排气孔上安装一个温度传感器，如果空气温度达到规定值即发出报警信号；或是柜内空气温度与环境温度差值到规定值时即报警。具体温度报警定值要通过试验的方法确定。我们先将传感器的温度信号经过模数转换后输入计算机作记录，然后将开关的负荷数据(变电站内的监控机实测信息)也存入同一台计算机，通过对比分析，确定开关负荷与温度的关系曲线，根据温度曲线确定其报警温度值。报警信号由计算机发出，直接送到控制室。控制室内的值班员也可以通过计算机随时查询开关柜内的实时温度值。对于无人值班变电站，可以将过热信号作为一个遥测量通过RTu直接送到监控中心。这一测温方法温度传感器安装方便简单、运行可靠、投入较小，技术成熟后可在变电站内大量应用。
最后利用光纤光栅测温系统。光纤光栅测温系统由光纤光栅温度传感器、单模光缆(用于远距离信号传输)、光纤光栅传感网络分析仪及计算机等终端监测设备组成。系统工作时，光纤光栅传感网络分析仪内部光源发出连续的宽带光，经光缆传输到监测现场布设的光纤光栅温度传感器。这些传感器内部的测量敏感元件——光纤光栅对该宽带光有选择地反射回相应的一个窄带光，经同一传输光缆返回到光纤光栅传感网络分析仪内部探测器来测定出各个传感器所返回的不同窄带光的中心波长，从而解析出各监测点的温度值。由于多个传感器所返回的窄带光信号中心波长范围不同，所以可以将这些传感器串接组网实现多点同时测量，大大简化了传感器及引出线的布设，避免了以往逐点测量的不便。光纤光栅信号处理器采用国际最先进的数字化解调技术，具有大容量实时在线信号采集处理和自检功能；监控计算机用户组态画面，可生动地显示传感器运行状况；系统可以综合各种安全监控参数，进行分析，有利于及时发现事故苗头，及时安全控制，实现生产和安全的双重监控功能。监控计算机上的组态软件，在线显示开关柜触头温度变化并进行声光报警，因此从根本上解决了高压开关柜内触头运行温度及柜内环境温度不易监测的难题。
五、结语
实时监视开关柜内接头温度从目前的生产形势来看还是必要的。总结以上分析看出，通过光纤光栅温度在线检测，可以解决高压开关柜内触点运行温度及柜内环境温度不易监测的难题，可有效预防封闭式开关柜触头发热事故的发生。通过监视柜内空气温度来间接监视柜内接头的运行状况是可行的，完全可以起到预防接头事故的目的。
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