大電流開關(guān)柜發(fā)熱故障的原因分析和處理

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1、大電流開關(guān)柜發(fā)熱故障的原因分析和處理邯鄲鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司能源中心劉立燦摘要：冶金企業(yè)的特點(diǎn)之一是大功率供電回路多，開關(guān)回路發(fā)熱故障比較常見，本文對大電流開關(guān)回路的發(fā)熱原因進(jìn)行深入分析，并針對性的提出了解決發(fā)熱問題的技術(shù)方案，在實(shí)際運(yùn)行中很有借鑒意義。關(guān)鍵詞：大電流發(fā)熱磁環(huán)路渦流一、前言冶金企業(yè)供電設(shè)備的特點(diǎn)之一是功率大，例如，大型冶煉電弧爐、大型軋鋼主軋機(jī)等設(shè)備運(yùn)行功率往往幾萬千瓦，供電開關(guān)柜運(yùn)行電流高達(dá)幾千安培。如果開關(guān)柜的設(shè)計、制造、安裝過程中存在缺陷，往往產(chǎn)生嚴(yán)重發(fā)熱，甚至燒熔設(shè)備，嚴(yán)重情況下造成弧光短路，不僅造成設(shè)備

2、損失，還影響正常生產(chǎn)秩序。因此，應(yīng)引起企業(yè)供電管理人員的高度重視，提前采取相應(yīng)技術(shù)和管理措施，防范發(fā)熱故障的發(fā)生。二、發(fā)熱故障原因分析電氣開關(guān)柜發(fā)熱的原因，可以從兩個方面進(jìn)行分析。1、電氣回路發(fā)熱開關(guān)柜結(jié)構(gòu)緊湊，由斷路器、互感器、動靜觸頭、母線（排）構(gòu)成電氣回路，運(yùn)行中常常發(fā)生電氣回路、元器件發(fā)熱現(xiàn)象。再加上柜體密封嚴(yán)格，熱量不能及時散發(fā)，會發(fā)生累積效應(yīng)，造成更嚴(yán)重發(fā)熱，嚴(yán)重情況下會將導(dǎo)體、觸頭燒熔、損壞甚至造成設(shè)備報廢。電氣回路發(fā)熱的原因是由于電流的熱效應(yīng)引起。即當(dāng)電流通過電氣回路時，由于接觸不良導(dǎo)致導(dǎo)體接點(diǎn)、斷路器觸頭接觸電

3、阻升高，電流就會作功而消耗電能，產(chǎn)生了熱量，這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。計算公式為：Q=I2Rt　　式中：I—通過導(dǎo)體的電流，單位是安培(A)　　R——導(dǎo)體的電阻，單位是歐姆(Ω)　　t——電流通過導(dǎo)體的時間，單位是秒(S)　　Q——電流產(chǎn)生的熱量，單位是焦(J)由上式可以看出，電氣回路發(fā)熱量的大小與電流的平方、電阻的大小成正比。因此，當(dāng)一個供電回路功率確定以后，其運(yùn)行電流也就確定了，要想電氣回路不發(fā)熱，解決的辦法就是想方設(shè)法降低電氣回路電阻。2、柜體發(fā)熱在大電流開關(guān)的實(shí)際帶負(fù)荷運(yùn)行中，常常發(fā)生柜體發(fā)熱，影響正常運(yùn)行。事例一某22

4、0KV變電站35KV主進(jìn)開關(guān)柜柜體角鋼異常發(fā)熱，當(dāng)運(yùn)行電流超過1000A時，柜體角鋼溫度超過80℃，而且柜體產(chǎn)生“嗡嗡”的機(jī)械振動聲音。如圖1所示。圖1某220KV變電站35KV開關(guān)柜母線安裝示意圖從圖中可以看出，A相母線和C相母線從上部角鋼框架內(nèi)穿過，上部角鋼框架圍繞A相母線和C相母線形成閉合磁環(huán)路。B相母排從下部角鋼框架內(nèi)穿過，同樣，下部角鋼框架圍繞B相母線形成閉合磁環(huán)路。也就是說，開關(guān)柜在設(shè)計、制造、安裝時沒有考慮隔斷磁路。母線帶電運(yùn)行流過電流時，角鋼框架內(nèi)就會感應(yīng)磁場，上部角鋼框架感應(yīng)的磁場強(qiáng)度大小與A相和B相電流矢量和

5、成正比，下部角鋼框架內(nèi)感應(yīng)的磁場強(qiáng)度與B相電流成正比。這樣在角鋼框架內(nèi)不可避免地感應(yīng)渦流并產(chǎn)生損耗發(fā)熱。當(dāng)電流足夠大時，角鋼框架除了發(fā)熱嚴(yán)重，還會產(chǎn)生電磁振動，并發(fā)出“嗡嗡”聲音。從上面分析可以得出結(jié)論，隔斷磁路就可以解決渦流發(fā)熱問題。將中間安裝A相和C相絕緣子的角鋼從中間鋸斷，再用不導(dǎo)磁的不銹鋼板或銅板連接固定，斷開中間磁路。上下左右角鋼框架雖然包圍三相母排，但是三相電流矢量和為零，四周角鋼框架內(nèi)感應(yīng)磁強(qiáng)強(qiáng)度為零，也不會造成渦流發(fā)熱和電磁振動。通過以上方法處理后，角鋼框架既消除發(fā)熱，又消除電磁振動，效果良好。事例二某110KV

6、變電站10KV主進(jìn)開關(guān)柜運(yùn)行時安裝套管的鋼隔板發(fā)熱，嚴(yán)重情況發(fā)熱至80~90℃，柜體振動嚴(yán)重，不得不停電處理，影響正常的電能供應(yīng)。如圖2所示。圖2主進(jìn)開關(guān)柜套管安裝示意圖通過現(xiàn)場勘查，發(fā)現(xiàn)安裝3相套管的鋼隔板為普通鋼板，而且套管之間沒有開口隔斷磁路，母線通過電流時，隔板內(nèi)就會形成磁路，感應(yīng)渦流，產(chǎn)生渦流損耗，造成溫度升高，并產(chǎn)生電磁振動。將安裝套管的普通鋼隔板改成不導(dǎo)磁的不銹鋼隔板，發(fā)熱和振動現(xiàn)象隨之消失，問題得到解決。如果將套管之間鋼隔板開口，隔斷磁路，同樣可以解決發(fā)熱和振動問題。三、發(fā)熱故障處理方法在實(shí)踐中，針對大電流開關(guān)柜

7、發(fā)熱問題，可以采取如下改進(jìn)措施。1、電氣回路發(fā)熱的監(jiān)測，可以采用粘貼示溫蠟片、示溫貼紙的方法提示導(dǎo)體溫度升高，這種方法簡便易行，價格便宜。有條件的也可以安裝電子測溫裝置指示所測點(diǎn)溫度，可以實(shí)時監(jiān)測溫度，但是比較復(fù)雜，價格也昂貴。值班電工也可以使用紅外測溫槍、熱像儀對設(shè)備溫度進(jìn)行測量監(jiān)控。在實(shí)際運(yùn)行中，往往采取多種措施和方法對電氣設(shè)備進(jìn)行溫度監(jiān)控。2、設(shè)備檢修時對電氣連接點(diǎn)螺絲進(jìn)行檢查緊固，使連接點(diǎn)牢固連接，降低接觸電阻，可以有效避免電氣連接點(diǎn)發(fā)熱。3、對斷路器直流接觸電阻定期測量，只要斷路器直流電阻不超標(biāo)，在規(guī)程規(guī)定的范圍內(nèi)，可

8、以防止斷路器發(fā)熱故障。4、對于斷路器動、靜觸頭發(fā)熱問題，一般是由于觸頭表面氧化或壓簧壓力不足導(dǎo)致，應(yīng)對動靜觸頭消除氧化層、重新鍍銀以及更換新的壓力簧。5、對于柜體框架、護(hù)板、隔板因產(chǎn)生渦流造成的發(fā)熱和振動，可以采取隔斷磁路的方法實(shí)現(xiàn)。也可以將產(chǎn)生渦流的部位更換成