高壓開關溫升試驗方法的研究

孫蕊 高楊 周忠杰

[摘? ? 要]? 隨著人們對電力越來越高的要求，我國的電力建設目前備受關注。近年來，我國大力進行電力建設，在進行電力建設的過程中，需要通過高壓電進行電力輸送，因此電力的安全十分重要，而高壓開關作為電力基礎設施中十分重要的設備，對于其安全系數，也有著極高的要求。要檢測高壓開關的各項指標，就需要通過高壓開關溫升試驗來進行。本文對高壓開關溫升試驗進行研究，進一步獲得滿足高壓電路工程需要的開關設備。

[關鍵詞]高壓開關;溫升試驗;仿真實驗

[中圖分類號]TM564 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）03–00–03

[Abstract]With the increasing demand of the people for electric power， my country's electric power construction is currently attracting attention. In recent years， my country has vigorously carried out power construction. In the process of power construction， it is necessary to transmit power through high-voltage power， so the safety of power is very important. As a very important device in the power infrastructure， high-voltage switches also have extremely high requirements for their safety factors. To detect the various indicators of the high-voltage switch， it is necessary to pass the high-voltage switch temperature rise test. This article studies the temperature rise test of high-voltage switches， and further obtains switchgear that meets the needs of high-voltage circuit engineering.

[Keywords]high voltage switch; temperature rise test; simulation experiment

在電力系統的運行過程中，發熱是一個十分重要的問題。電力系統溫度過高會導致很多設備和元件的運轉出現問題，造成設備甚至是整個電力系統的故障，嚴重的可能會引發安全問題。因此，溫升試驗成為了設備和元件在投入使用前需要經過的檢驗。高壓開關作為保障整個電力系統安全和控制電力系統通斷的重要環節，自然也需要進行溫升試驗。

1 高壓開關溫升試驗概念簡述

1.1 高壓開關概念

高壓開關是指額定電壓3kV以上，主要用于開端和關合導電回路的電器。高壓開關主要分為高壓斷路器、隔離開關和高壓負荷開關三種。高壓斷路器主要是用于控制一部分電力設備或線路拖入或退出運行，以及在電力設備發生故障時，通過幾點保護裝置將故障部分切除，從而保護整個電力系統的作用。高壓斷路器按照其所采用的滅弧介質，主要分為油斷路器、六氟化硫斷路器和真空斷路器三種。為了降低開關的溫升，改善接觸狀態和減少熱量是非常重要的。這是問題的主要方面，但另一方面是當熱保持恒定時，冷卻條件對溫度上升起著決定性的作用。在本文中，從散熱的觀點出發，將焦點放在了開關溫度上，為了簡化掃描，開關僅限于等距截面桿。研究無限棒的溫度上升，在集中熱源的桿端和集中散熱器的另一端研究了有限的桿。因此，可以在不損害問題性質的情況下得到解析，通過分析溶液，明確了各種因素對溫度上升的影響，找到了降低溫度上升的途徑。希望這項工作能對新開關的設計和舊開關的改良有所幫助，隔離開關主要起到在檢修時用于隔離高壓電源的作用，主要由導電、絕緣、傳動和底座組成。高壓負荷開關包含了高壓斷路器和高壓隔離開關的作用，具有較綜合的用途。

1.2 溫升試驗概念

溫升試驗是型式試驗。在以往的溫度上升試驗中，如果繞組的平均溫度上升（用電阻法測量）和油的最上層溫度上升，這2個溫度上升的實測值不超過基準規定的容許溫度上升限度值，則可以認為變壓器通過了溫度上升試驗的型式試驗。但隨著變壓器電壓水平的提高，大容量變壓器損耗的降低，光纖式測溫裝置的出現，油氣相色譜和液相色譜的發展，溫度上升試驗作用型試驗項目之一也有所增加。

2 高壓開關溫升試驗流程

2.1 溫升試驗回路

根據試驗標準方法進行等效溫升試驗。該電路由穩壓變壓器，上向電流互感器和一系列測量設備及控制設備和測試開關元件組成。母線電路接線時的等效溫升試驗、主電路、電纜室輸出直接短路。試驗用接線母排參數為2000 mm×80 mm×10 mm。對于雙層結構的開關柜，其溫升試驗可以存在兩種不同的通流回路。一種主母線室使用寬2000 mm×100 mm×10 mm的銅排連接試驗設備，上回路末端通過截面積300 mm2、長3m的兩根電纜短接，下回路末端通過截面積300 mm2、長3m的兩根電纜短接，此種通流方式情況下，兩臺斷路器相當于并聯運行模式，與實際運行工況一致。另一種上進線端直接短接，下出線端通過截面積300 mm2、長3 m的兩根電纜連接試驗設備，此種通流方式與實際運行工況略有不同。為了將開關柜和設備及所有相同型號的溫升試驗轉換為出廠，應對試驗裝置和控制裝置進行主回路電阻測量。每個子對象之間必須使用直流測量壓降和電阻線。溫升試驗是一項重要的試驗，高壓開關可以驗證載波容量，以證明導電電路在正常工作電流加熱后會引起溫升。高壓電氣產品通過正常工作電流轉化為電阻損耗、渦流損耗、磁滯損耗和熱能，部分周圍介質損耗，部分熱介質導體溫度。溫升程度是從兩個方面決定熱量和散熱的因素，同時承載液體通過電流大小，承載電路零件和材料、機械結構、元件焊接質量和產品裝配質量等因素。但在實際的應用中，不能完全接觸到面。在工程中通常是線接觸的形式，由于相同壓力下接觸點的壓力和實際接觸面積適當結合，因此線接觸的接觸電阻低于點接觸和面接觸，此時散熱面和熱容量也較大，因此使用效果較高。為了減小接觸電阻，結構形式也需要同樣考慮，一般通過對接觸面施加鍍銀來改善接觸面的膜電阻。由于銀具有高導電性、化學穩定、氧化速度慢等特點，但氧化膜容易被破壞，因此為了減小接觸電阻，在施工中經常使用鍍銀方式。但由于銀硬度不高，電鍍容易磨損，采用鍍銀合金即硬質鍍銀可以很好地解決這一問題。對于實際導電電路中一些電接觸較弱的部位，如鋁導電棒之間的電連接，銅銀結合的過渡形式，接觸面的固定緊密接觸，表面接觸面較多，但通過材質的合理組合，可以大幅度降低多種接觸形式的科學組合，降低整個接觸面。實驗除單獨封閉在1個金屬外殼內的情況外，從母線端開始以額定相位進行。如果允許進行單相測試，則必須對穿過外殼的電流進行額定值。對三相產品進行三相試驗，從三相分別加載電流，可以理解為一段短路。在單相產品的單相溫度上升試驗中，一般為殼體回流，電流從主電路的一端被引入，后部連接到殼體，電流從流入側的殼體被引出，形成電路。

2.2 溫升試驗設置

載體溫升實驗是驗證高壓開關流量能量的重要實驗，點火電路正常工作后，檢查加熱狀態。當高壓帶電材料通過通常的工作電流時，電阻損耗的能量部分轉換，當高壓帶電材料通過正常的工作電流時，電阻損耗的能量部分轉換，可延遲損耗和補充邊緣介質的消耗，通過導體的加熱介質的溫度升高。作為實驗方法研究了溫度上升、發熱、放熱、流經流體的電流、傳送電路的截面積、材料、機械構造、接點接合部的質量、組裝質量等的關系、利用比溫度上升的電壓調整變壓器及大電流變壓器的實驗電路構成、必要的動作電流。為了降低接觸電阻，還需要注意結構。通過銀接觸面提高接觸掩模的強度是一般的方法，由于銀硬度低，涂裝容易，采用銀合金，即硬銀可能是解決該問題的好方法。在實際的導電電路中，弱接觸部分、鋁導電棒間的電連接、銅和銀的接合部的遷移形態、接觸面采取固定接觸。增加接觸面的一般方法是使用強制冷卻系統增加護套的冷卻面積，合理的匹配材料可以大大減少整個科學接觸形態。冷卻空間的增加會增加機箱的容量、復雜性和成本，使用具有優良冷卻面積增加的計數器強制冷卻系統。

電源線的示例配置是與系統同時測量的溫度。試驗時周圍的空氣溫度應該超過10 ℃并低于40 ℃，請勿在此環境的空氣溫度范圍內修改溫度升高。溫度測量是銅-康銅電偶絲測試。銅-康銅電偶絲測試靈敏度高、穩定可靠、耐震、防振、兼容性好、價格便宜，適合長距離測溫和自動控制，在農業和制冷工程中起著重要作用。銅-康銅電偶絲測試測量溫度上升點時，測量端應接觸（固定）被測點。一般情況下，通過將電線粘貼到被試驗部位或開口固定，將電線粘貼到殼體表面等試驗部位的情況較多，相對于粘貼鉆孔固定的方法更牢固，因此大多數埋設所采用鉆孔固定法。在陶瓷柱斷路器的情況下，導電電路由陶瓷上的法蘭支撐，陶瓷內填充有一定氣壓的SF6氣體，陶瓷本身的導熱性能非常差，因此傳導和輻射是其熱傳播的主要方式。提高熱效率的一種常見方法是增加上、下劃線的表面積。線路插座暴露于空氣中，核心內的發熱體與線路插座，特別是與上插座的接觸面積大，傳熱電路的熱阻小，線路插座的表面積（添加散熱器等）越大，產品的熱性能就越高。鑄造整個散，使底部沿圓環體均勻分布。熱管的概念已經出現了幾十年，但該技術用于斷路器的冷卻是近幾年的事。由于熱源（蒸發器）和散熱器（電容器）之間存在很大的電位差，因此在技術上使用電絕緣的熱管是很困難的。該熱管技術可應用于各種斷路器，尤其是發電機出口斷路器等大電流斷路器，實現更高效的熱傳導，從而提高額定通流能力。與仿真計算內容相對應，對1120 kV旁路開關進行兩次主回路溫升試驗，試驗電流分別為5500 A和6300 A，根據《高壓直流旁路開關》標準相關內容，通流時間各設定為30 min。

2.3 溫升試驗結果分析

結果采用兩種不同的布線方式分析了A，B，C三相溫度升高點的溫度升高和測量點的位置。在采用布線方式1的溫度上升試驗中，A，B，C都顯示出了比采用布線方式2的試驗更高的值。配線方式1與配線方式2相比，A相溫度上升測量結果，最大偏差值出現在第9個測量點，偏差量為18.9 K。B相溫度上升測量的結果，最大偏差值出現在第9個測量點，偏差量為23.4 K。C相溫度上升測量的結果，最大偏差值出現在第13個測量點，偏差量為22.9 K。由此可知，在布線方式1的情況下，開關的點檢比簡化的布線方式即布線方式2更嚴格。GB/T11022根據2011的規定，在進行開關的溫度上升試驗點檢時，不應該采用像配線方式2那樣單純的配線方式，而是應該采用像配線方式1那樣模擬實際動作的配線方式。

2.4 仿真數據與試驗數據的結果對比

比較實際溫度上升試驗后的數據和模擬數據，用直角坐標系繪制圖，通過兩者的比較圖以上的比較研究得到了以下結論。實際溫度上升試驗的數據和模擬試驗的數據有微小的差異，作為其結果的原因可以認為是在實際溫度上升試驗時的某一時間點環境溫度發生了急劇變化，在消弧室內部為了散熱需要緩慢的變化過程，通過從消弧室溫度減去室溫的溫度上升，在某一時間段產生了異常的溫度上升。另一種是由于5500 A和6300 A溫升值過高，當溫度上升到一定值時，銀層電導的變化會影響接觸面電導，從而引起溫度的異常變化。與實際的實驗結果相比，由于模擬結果處于理想狀態，因此兩者的結果并不完全相同，但溫度的上升趨勢基本相同。結果驗證了仿真方法的可行性和有效性，對驗證直流旁路開關試驗具有重要的指導意義，能夠基于溫度上升仿真優化產品結構。

3 結語

通過分析高壓開關溫升試驗的概念以及試驗過程，對整個高壓開關試驗有了更深的了解，有利于保障整個高壓開關設備的耐高溫能力和安全性，使我國的電力系統能夠應用質量更有保障的高壓開關設備，讓我國的電力能夠更加安全高效的運輸和使用。這樣有助于保障國家的正常供電，確保我國電力各項活動的正常進行。

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