高压开关柜实际温升超标原因分析
会飞的海豚
2007年04月04日 15:24:36
只看楼主

对国产JYN、KYN手车柜和合资厂生产的8BK20开关柜的实际温升数据进行分析后发现,运行中开关柜的温升水平均超过型式试验测得数据。然后,从试验条件、金属膨胀效应、紧固螺栓压力、导体材料电导率等方面进一步分析了温升超标的原因。最后提出建议,应根据实际情况选用和维护开关柜。 随着电网的发展和设备技术的提高,10,35 kV系统开关柜在电网中已大量使用。而开关柜的内部过热现象已成为开关柜使用中的常见问题,由于开关柜体的密闭性,在一些负荷较重的地区,存在开关柜的温升超标问题。

对国产JYN、KYN手车柜和合资厂生产的8BK20开关柜的实际温升数据进行分析后发现,运行中开关柜的温升水平均超过型式试验测得数据。然后,从试验条件、金属膨胀效应、紧固螺栓压力、导体材料电导率等方面进一步分析了温升超标的原因。最后提出建议,应根据实际情况选用和维护开关柜。

随着电网的发展和设备技术的提高,10,35 kV系统开关柜在电网中已大量使用。而开关柜的内部过热现象已成为开关柜使用中的常见问题,由于开关柜体的密闭性,在一些负荷较重的地区,存在开关柜的温升超标问题。

开关柜的温升超标,直接影响设备的安全稳定运行,而且,过热问题是一个不断发展的过程,如果不加以控制,过热程度会不断加剧,并对绝缘件的性能及设备寿命产生很大的影响。

目前,对电力系统内部使用的开关柜,严格遵守设备采购程序及技术政策,确保入网的开关柜都通过型式试验,尤其对温升的要求比较严格。运行中,负荷通常都不会达到开关柜的设计满容量,开关柜的温升问题应该不会很突出,但是实际情况并不尽然。

1 开关柜实际温升数据分析

1.1 国产JYN手车柜

表1为某变电站2台同型号、同参数的10 kV主变开关柜的实测温升与负荷关系的统计。开关柜为福建某开关厂生产,JYN1-10型。测试温度为开关柜箱体的外表温度。

数据显示,随着负荷的增加,开关柜的温升迅速加快。当负荷接近1 900 A(约为开关柜额定电流2 500 A的76%),温升尤为明显,最大达47℃,已经不符合标准要求(标准为满负荷条件下30℃),而负荷较低时(1 200 A以下),温升则不明显。

1.2 国产KYN手车柜

表2为某变电站10 kV主变开关柜的实测温升与负荷关系的统计,开关柜为扬州某开关厂生产,KYN28-10型,配用VD4断路器。测温前打开部分顶盖,对开关柜箱体外表温度及主母排温度同时进行测试。

数据表明,母排最高温度已经达到100℃,温升88℃,明显超标(母排温升标准为65℃)。由于该站温升问题比较突出,制造厂针对这一情况对该变电站10 kV开关柜1,2号母线桥采用新型钢重新制作,主母线铜排规格更换为2×TMY120×10(原规格为2×TMY100×10),并进一步改进了通风系统。2号主变开关柜经改造后,其实测温度如表3所示。

改造后温升情况略有好转,但是与该开关柜型式试验提供的温升数据偏差仍然较大。

1.3 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,多数情况下温升超标时开关柜甚至远没有达到设计满容量。
会飞的海豚
2007年04月04日 15:26:24
2楼
2 开关柜实际温升超标原因分析

开关柜内部实际温升情况,尤其是母排连接等部位,通常总是比型式试验测出的数据高。主要有以下几点原因:

(1) 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8 h,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。

(2) 不同金属的膨胀效应不同。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。

(3) 连接部位紧固螺栓压力不当。部分安装或检修人员在导体连接上认为连接螺栓拧得愈紧愈好,其实不然。特别是铝质母线,弹性系数小,当螺母的压力达到某个临界压力值时,若材料的强度差,再继续增加不当的压力,将会造成接触面部分变形隆起,反而使接触面积减少,接触电阻增大,从而影响导体接触效果。

(4) 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。

(5) 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。

3 结束语

开关柜型式试验中的温升数据,并不能正确反映运行中的开关柜实际温升水平,特别是长期运行负荷比较重的开关柜,由于长时间温升的累积效应,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。部分制造厂对开关柜实际运行中的温升水平并没有深入地研究,比如大多数厂家给额定3 150 A的开关柜按照2 500 A的标准启动风扇,在开关柜经历长时间的高负荷运行后,再采取这个标准是不合理的,通常是风扇没有启动,温升早已超标了。

所以,选用开关柜设备的时候,不能盲目相信制造厂的试验室数据,在日常运行维护管理中,也不能盲目套用试验室的数据标准。实践经验,往往也是非常重要的。只有重视实践,并不断针对实际情况,分析解决问题,才能真正把对设备的安全运行管理工作做到实处。
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zjwang60
2007年04月04日 18:30:42
3楼
可能大部分成套装置温升都会超标,首先做型式试验时周围环境条件和现场不同,其次现在国内的铜排材质实在不太好讲,再者目前好多成套厂的母排加工工艺也太差了一点,各种因素综合在一起温升肯定超标;
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zts0619
2007年04月09日 10:27:30
4楼
好文章,楼主是用户吗?欢迎您能多反映开关柜实际运行中存在的问题。说实话,在中国通过型式试验是一件很容易的事情,单柜体温升哪有不过的道理,又基本都是冬天去做,周围环境很低,相当于一个有限的发热体在无限的低温空间中做试验,温升肯定不会高的。散热就那么三种途径,传导,对流,辐射。现阶段风扇还是必需品,主动式总比被动式好,我一直认为解决散热的最好途径就是开关房加空调,只有环境温度降下来才能有效抑制开关柜的温升,单纯从开关柜本身是不能很好地解决这个问题的。某日资合资厂还还鼓吹无风扇设计,那更是把客户当傻子,就现有的材料和工艺来说,长时间运行后温升超标是必然的现象。换句话说,实际运行时是一串庞大的发热体在狭小有限的常温空间中运行,温升能不高吗?楼主还提醒了我,看来风扇启动的条件需要电流和温度同时检测,取或门,满足一个条件就必须运行。
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gbh999999
2007年04月09日 22:08:12
5楼
说得太好了
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tudashi63
2007年04月10日 10:35:29
6楼
大电流温升超标问题不是现在才重视,而是过去大电流柜使用较少,又是固定式柜居多,问题并不突出。现在手车柜(含中置柜)占主流,其散热问题是最最大的隐患。先说说4楼的问题:
1.温升是相对值,与环境温度关系很小。只是低温时电导率高些,但对结果影响甚微。
2.强迫风冷是没有办法的办法,这可不是什么灵丹妙药,反而会有很大的隐患:
(1)风机是一长期运转的设备,本身就有其使用寿命,如不能带电更换,这直接影响柜子的使用;
(2)大电流柜要用多个风机分别安装在母线室、断路器室、电缆室,当大电流要穿过小电流馈出线柜时母线室按要求也要装风机,否则温升可能超标。但要同时运转多个风机会使配电室严重扬尘,尘埃对绝缘件不利。KYN28A柜的母线室就很难装4根100×10的母线(4000A时矩形导体电流密度只有1.0A/mm2),这说明在试验室里得到的结论并没有代表性。在内蒙古阿拉善盟某220kV变电站电抗补偿柜不到3000A时柜体表面温度达80℃以上,严重威胁运行安全,这就是馈线柜主母线载流能力不够引起的。
(3)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。
(4)引风机安装在断路器室的泄压口上,内部故障时不能泄压。
(5)风机运转时噪音很大,影响了运行人员对异常声响的判别。
至于配电室内装空调的做法那就更不可取了,这是扬汤止沸:
(1)空调的运行成本高,尤其在大型变电站,容量要在5000W以上才可以;
(2)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),有可能酿成绝缘事故;
从根本上解决温升问题要从以下方面考虑:
(1)减小导电回路的长度,以减少发热容量。但不是越短越好,要保证一定的散热面积才可;
(2)尽可能减少连接点,每个连接点的发热量相当于500~1000mm长导体的发热量。更为严重的是:连接点的接触好坏受人为因数的影响,试验品认真做,卖品就不见得认真去做,材料也不见得与试验品一样。这就是试验通过可产品不能合格的原因之一;
(3)GB3906-2006规定温升试验要与使用情况相同,就是要在样柜两侧隔热,这虽然严酷些,但根本上还是上述两项内容中的(2)条。
(4)提高热传导系数、开通对流通道、降低导体的集肤效应也是些经济实用的方法。
有关成套开关设备问题请看看“国内外高压成套开关设备分析比较资料下载”的帖子,里面讲的比较详细。
我们从事设计的人在设计时要有个原则:要治本,不要治标!这就是:扬汤止沸不如釜底抽薪。欢迎参加讨论!
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zdw118
2007年04月10日 16:14:22
7楼
根据您的参数并没有超标啊
温升需要采用K为单位而不是"度".
材料不同温升不同,最多可达到70K,一般在45~70K之间.
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tudashi63
2007年04月10日 21:26:42
8楼
温升试验的单位应为K,我在上面说柜体表面温度达到的80℃,这是现场人员的直接测量结果,折算成温升为40K。按GB11022-1999标准4.4.2条规定“在正常操作中可触及的”部件温升最大值为30K,已超标了。导体及其接触点允许的温升范围为35~75K。谢谢你的意见!
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h.haipeng
2007年04月11日 15:38:49
9楼
完全同意6楼的意见,在解决温升问题上我想提出的一点就是:在母线穿过柜体的部分尽量采用不导磁的材料(铝或不锈钢)进行制作,有利于减少因涡流而产生的发热;在柜体顶部设计成烟囱形式,加强柜体内部的空气对流。
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tudashi63
2007年04月11日 20:03:50
10楼
感谢9楼的支持!
再说一点:最理想的抗磁材料是黄铜板,其磁导率几乎为1,但其机械强度很高,可满足峰值耐受的要求,而铝太软,不好满足。不锈钢因金相组织不同,大部分不锈钢剧烈形变后导磁率就大于1了,恢复磁性。
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ccc678
2007年04月13日 11:53:48
11楼
TMY的铜纯度是相当大的因数.
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