高壓開關(guān)柜梅花觸頭壓力檢測判據(jù)確定

董 馳，顧朝敏，陳志勇，李曉峰，龐先海，謝津波

(1.國網(wǎng)河北省電力有限公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021;2河北電力裝備有限公司，石家莊 050021)

1 概述

近年來，隨著高壓開關(guān)柜裝用量越來越多，由高壓開關(guān)柜過熱引發(fā)的故障也越來越多。根據(jù)河北省南部電網(wǎng)(簡稱“河北南網(wǎng)”)2006年至2019年高壓開關(guān)柜故障統(tǒng)計分析，在51起故障中，由于梅花觸頭燒熔引起的放電故障最多，共有14起，占27.5%。因此，有效防范開關(guān)柜梅花觸頭部位過熱成為需要解決的關(guān)鍵問題。

梅花觸頭過熱的原因主要有梅花觸頭壓力不足、鍍銀層厚度不足、大負荷和接觸不良等，其中梅花觸頭壓力不足是最主要的原因[1]。開關(guān)柜在工作位置時，梅花觸頭依靠環(huán)形彈簧的彈力與靜觸頭之間保持接觸壓力。在負荷電流的長期作用下，環(huán)形彈簧由于發(fā)熱易發(fā)生變形軟化，引起接觸壓力減小。接觸壓力的減小將使回路電阻增大，使發(fā)熱進一步增加，從而形成惡性循環(huán)。嚴重時，將造成觸頭燒損、引發(fā)故障停電，給電力系統(tǒng)的安全運行造成巨大威脅。因此，有必要對高壓開關(guān)柜梅花觸頭壓力檢測技術(shù)進行研究，對不合格的梅花觸頭及時采取治理措施，減少開關(guān)柜過熱缺陷和故障的發(fā)生。

2 梅花觸頭壓力檢測技術(shù)

2.1 技術(shù)原理

目前，高壓開關(guān)柜梅花觸頭壓力主要是利用模擬靜觸頭法進行測量。其基本原理為：將內(nèi)置壓力傳感器的模擬靜觸頭工裝推入梅花觸頭中，利用電阻應(yīng)變效應(yīng)測出壓力的大小。其中的核心元件為電阻應(yīng)變式傳感器，電阻應(yīng)變片將彈性體受力產(chǎn)生的形變轉(zhuǎn)換成自身電阻值的變化，再通過測量電路轉(zhuǎn)化為電壓變化，從而計算出力的大小。

2.2 技術(shù)應(yīng)用情況及存在的問題

高壓開關(guān)柜梅花觸頭壓力檢測目前已在部分地市公司停電試驗階段進行了試點測試。目前，該項技術(shù)應(yīng)用過程中只能利用橫向比較法進行數(shù)據(jù)判斷，即比較同類設(shè)備間的檢測數(shù)據(jù)，將偏差較大的數(shù)據(jù)判定為不合格。該方法受人員主觀因素影響較大，容易造成錯判、漏判，制約了該技術(shù)的應(yīng)用，因此，亟需制定一種觸頭壓力絕對值判定方法。

3 梅花觸頭壓力檢測判據(jù)

3.1 判據(jù)確定思路

梅花觸頭壓力不足會引起溫升超標，目前已有相關(guān)標準[2]對梅花觸頭溫升允許值進行了規(guī)定。本文對開關(guān)柜溫升試驗和梅花觸頭壓力測試數(shù)據(jù)進行分析，找到二者之間的關(guān)系，然后根據(jù)溫升允許值確定出梅花觸頭壓力的合格限值，梅花觸頭壓力檢測判據(jù)即為：檢測值≥合格限值。

3.2 案例分析

國網(wǎng)河北省電力有限公司技術(shù)監(jiān)督工作方案規(guī)定，應(yīng)對新入網(wǎng)開關(guān)柜進行溫升抽檢試驗。本文結(jié)合溫升抽檢試驗進行了觸頭壓力測試。

抽檢批次1：國網(wǎng)河北省電力有限公司石家莊供電分公司某新建變電站工程的3臺開關(guān)柜型號均為KYN28A-12、額定電壓12kV，斷路器額定電流4 k A，母線額定電流4 k A，電流互感器額定電流3 k A。溫升試驗所加電流為主回路額定電流的1.1倍，按額定電流最小的部件考慮為3.3 k A。

抽檢批次2：國網(wǎng)河北省電力有限公司滄州供電分公司某變電站技改工程的2臺開關(guān)柜型號均為KYN28A-12、額定電壓12kV，斷路器額定電流4 k A，母線額定電流4 k A，電流互感器額定電流4 k A。溫升試驗所加電流為4.4 k A。

抽檢批次3：國網(wǎng)河北省電力有限公司邯鄲供電分公司某新建變電站工程的2臺開關(guān)柜型號均為KYN96-40.5、額定電壓40.5kV，斷路器額定電流4 k A，母線額定電流4 k A，電流互感器額定電流4 k A。溫升試驗所加電流為4.4 k A。

3個批次的開關(guān)柜梅花觸頭溫升測試值見表1，壓力測試值見表2，壓力值與溫升值關(guān)系見圖1。

對3個抽檢批次觸頭壓力值與溫升值的關(guān)系進行曲線擬合，得到關(guān)系曲線分別為y=-2.471 7x+408.63、y=-0.956 1x+415.15、y=-0.996 9x+434.53，將觸頭溫升極限(65 K)代入到關(guān)系曲線中，可以得出3個批次開關(guān)柜的觸頭壓力合格限值分別為264.26 N、353 N、369.73 N，檢測判據(jù)即為不小于相應(yīng)的合格限值。

表1 開關(guān)柜溫升測試值

表2 開關(guān)柜壓力測試值

圖1 不同抽檢批次觸頭壓力與溫升關(guān)系曲線

4 結(jié)論

結(jié)合溫升試驗和梅花觸頭壓力測試初步探究了高壓開關(guān)柜梅花觸頭壓力和溫升的關(guān)系，得出了梅花觸頭壓力檢測判據(jù)。由于目前樣本數(shù)量有限，曲線擬合的準確性還有待進一步提升。依據(jù)此方法，通過大量測試的積累，可以得到各種型號開關(guān)柜觸頭壓力檢測判據(jù)，建立系統(tǒng)性的評判標準體系。通過試驗和數(shù)據(jù)分析，可以得出以下幾點結(jié)論。

a.開關(guān)柜梅花觸頭溫升值與壓力值呈負相關(guān)，運用曲線擬合的方法可以求出梅花觸頭壓力合格限值，進而得出檢測判據(jù)。

b.一般來說，開關(guān)柜主回路額定電流越小，梅花觸頭溫升越小，梅花觸頭壓力合格限值也越小。例如批次1的開關(guān)柜梅花觸頭壓力合格限值明顯小于批次2、3。

c.不同廠家、不同型號的開關(guān)柜梅花觸頭壓力檢測判據(jù)不同。這是由于不同廠家、不同型號的開關(guān)柜結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、通風設(shè)計等有差異，造成梅花觸頭溫升不同，因此對梅花觸頭壓力的要求也不同。例如批次2和批次3的開關(guān)柜主回路額定電流相同，但由于不同廠家、不同型號開關(guān)柜的差異性，梅花觸頭壓力合格限值也不相同。