中压开关柜载流问题及对策

1、编写：张猛一、概述据不完全统计，在开关柜事故中因载流故障引起的事故约占总事故的30%左右，因此要对开关柜的载流故障引起足够的重视。在大多数情况下中压柜的温升并不大，除PT柜、避雷器柜平时只有小电流或无电流通过，产生很少的热量外，即使是馈线柜在大多数情况下实际通过的电流也远远小于断路器的额定电流值，这点可以从所接的CT一次侧额定电流值可以看出。由馈线所带负荷也可以计算出实际负载电流。由此说明中压柜实际负荷电流与断路器额定电流是不一致的，而且大多数相差悬殊。之所以出现这种情况是断路器一般额定电流都比较大，市面上一般最小都是630A，常用1250A，另外为了与所在安装处短路容量相配合，当选用较大开断

2、容量的断路器时，其额定电流也往往偏大。一、温升过高的原因及解决办法实际载流比断路器额定电流小，不能说明载流问题不大。在实际工程中往往总进线断路器柜的额定电流与实际载流电流比较接近，因此载流问题突出。另外手车柜的主回路有插接头，插接头是载流问题的集中故障部位。1.温升过高原因温升过高的两个含义：a.柜内温升过高，这种情况除主进线柜和联络柜外不多见。一般中压柜温升过高问题不大，尽管柜子防护等级达IP4X,有的相当于密封结构，也无百叶窗，但也不会出现温升过高问题。b.局部温升过高，尤其是插接头，插接系统包括触头盒、静触头、动触头臂及触头臂上的梅花触头（或鸭嘴触头），插接系统的接触部分局部过热、温升过

3、高出现的几率还是比较高。2.温升过高的解决办法（1）大电流中压柜温升问题的解决办法2500A以上的中压柜一般要采用强迫风冷措施。主要部位：在真空灭弧室极柱下方安装3台吹风机，柜顶的泄压板上装排气风机。为满足进风需要，在柜体底板上开防护等级不大于IP2X的进风百叶，进风百叶也可以在柜体前后门下方。至于加装进风百叶防护等级达不到IP4X的问题，其实防护等级达到IP4X的主要目的是防止小动物进入柜体内部，危害安全运行。但IP2X完全可以，而且又利于通风，如果一定要达到IP4X，可以再百叶窗内侧安装网孔直径不大于1mm的不锈钢丝网来解决。2500A以下的柜体不要加强迫风冷，因为它带来的弊端很多：风机噪

4、音太大，会影响配电室其他电气事故及时发现，风机吸入柜底灰尘，引起柜体元件污染严重，若天气潮湿，容易发生爬电、闪络放电。关于柜子通风冷却，有三个问题要注意：1）泄压板上可否安装排气风扇2）母线室是否需要安装强迫风冷3）把开关柜上的观察窗改为通风百叶窗是否可行（2）改变柜子结构解决接头过热问题手车柜内的接头：（真空灭弧室引出接头、动触臂接头、插接头、1只梅花触头至少有2个活动接触处）固定接头、活动接头、插接头等合计最多可达54个，每台接头既是发热点，又是故障点，直接影响柜子安全运行。建议额定电流大的总进线柜采用固定柜，有利于故障减少。至于固定柜检修不便、检修时间长的问题，对总进线柜来说，只要发生故

5、障不论是手车柜还是固定柜都会影响整个系统供电。对双电源进线且带母联开关的，手车抽出检修对系统是有利，但总进线柜数量少，很难单独为它备用一台手车。改变柜体结构，由固定式替代手车式，只要上隔离时才能确保尺寸相同，如果有下隔离或40.5KV很难确保，除非SF6密封，但会大大增加成本和技术难度。另外，固定柜五防是通过机械方式实现，有时候也有一定难度。室内固定柜主要是XGN柜型。手车柜安全可靠性主要矛盾不是集中在真空灭弧室上，而是插接头上。另外接头也要谨慎处理，妥善处理接头也是一个比较重要的的问题，处理接头的方式简单介绍下：按搭接铜排规格决定螺孔大小、数量及螺栓规格，要符合GB50303建筑电气工程施工

6、质量验收规范的要求。螺栓拧紧时力矩要恰到好处，不能过松也不能过紧，过松接触不良，过紧会使金属发生蠕变，螺栓周围的金属会上翘，使接触面积减少，照样接触不良，最好采用力矩扳手，力矩扳手所需力矩值可参考下表。本着节约有色金属的考虑，主回路母排一般不按断路器额定电流选择，但也不能完全根据实际电流选择，一定要考虑动热稳定是否满足要求。二、主回路插接头载流问题严重中压开关柜内周围的温升并不是主要问题（适当温升还有去湿作用），主要是局部温升过高，主要温升过高处就是插接头。手车柜中几乎大多数的载流故障都出自插接头处，它是主回路的瓶颈及故障点，发生插接系统故障原因大致如下：1.插接头材质不过关 梅花触头的组成：

7、固定支架、支架上嵌入的梅花状触瓣、绑扎弹簧。主要问题为梅花触头铜材低劣，绑扎弹簧不符合要求。梅花触头应该是纯铜镀银，弹簧在温升高时弹力不能减少，因此弹簧材质、直径应有明确规定及要求。常见问题：梅花触头铜材导电率低，绑扎弹簧直径小、弹簧短，紧固力主要通过拉伸满足，表面镀银薄且不牢固，容易自然脱落生锈。如果柜体加工精度不够，或安装不够准确精密，加上导电材质低劣，会造成插接头处发热严重。2.动触头臂及静触头质量不合格3.动静触头不对中的原因及防治措施 在手车柜插接系统中，若动静触头中心相差超过5mm,超出梅花触头调节范围，就会造成接触不良、发热严重，从而引起事故。 为避免以上问题，一定要提高柜体的加

8、工精度及安装精度，柜体在结构设计阶段，使断路器东触头臂与静触头中心标高一定要一致，在装配完成后，应实测两者高度差，最好不要大于3mm。三、大电流接地与小电流接地系统，直接接地与非直接接地，有效接地与非有效接地国外有的国家规定单相接地电流不超过三相短路电流1/4时，称为小电流接地系统，否则就是大电流接地系统了。在我国中压系统中，由于中性点不接地或不直接接地，接地电流基本达不到三相短路电流的1/4以上。如果中性点不接地，接地电流只不过是系统对地电流电流，此电容取决于网络大小及线路性质，因此我国基本不存在中压大电流接地系统。另外，我国规定接地电流不允许超过10A，否则应采取限制措施。因此我国的中压系

9、统原来基本上属于小电流接地系统，而目前在有的项目上或某些地区，由于保护装置的完善及架空线路的减少、电缆线路的增多、瞬时单相接地故障的减少，中性点直接接地或经低阻接地的优势明显，很难一概把中压一概而论。断路器核心元件是真空灭弧室及操动机构，但真正出现故障的情况却很少见，故障一般都是出现在小配件梅花触头上，而梅花触头质量好坏又取决于绑扎弹簧及其材质上。梅花触头与固定触头不对中现象，究其原因主要是设计时标高计算有误，在梅花触头接触不良事故中，大部分是由上触头引起的，这是因为下触头紧靠轨道，重心下移，动静触头对中容易，触头盒定位精度高，上触头中心距轨道高，标高是以下触头中心为基准，这样距轨道的高度是由

10、两个尺寸误差的叠加。其他原因造成的误差：1.触头盒安装孔与螺栓直径不一致；2.柜体加工制造误差。4.动触头插入不到位问题梅花触头内部空间约为30mm，即梅花触头允许伸入静触头30mm，但为避免东触头臂与静触头硬性碰撞，一般要求梅花触头伸入静触头不超过25mm。为便于梅花触头插入，静触头端部大约有10mm的坡度，这样若梅花触头插入静触头不超过10mm时，梅花触头接触处正处于静触头的坡口处，会造成接触不良。因此梅花触头必须要伸入静触头10mm以上。为了使插接处接触良好，出厂前可以在静触头上涂导电膏，然后把手车推进到工作位置，再把手车拉出，看静触头表面导电膏划痕是否均匀，位置是否合理，从而判断接触是

11、否良好，尤其大电流时最好这样监测。目前六点测温测触头温度，但是不是很准确，因为热量主要集中在触头盒内，很难进行检测。另外检测插接头是否接触良好也可以通过主回路电阻测量，但一定要制定合适的回路电阻标准。三、手车柜主回路插接头实时测温无线测温，主要还是使用在进线与母联柜。除红外无线测温外，还有手提式实时显示温度监测装置（热成像扫描仪），用以扫描柜内各处元件。一般在柜体上设红外观察窗，位置直对动静触头插接处。四、主回路导体选择及柜体材料处理1.主回路导体选择根据回路CT选择，并校验动热稳定。建议在满足动热稳定要求的前提下，主回路铜排截面不受元件接头端子限制，可以采用宽度小的铜排，与元件连接时也不必一

12、定要用4只螺栓。电缆、架空导线及穿管绝缘线可以不必进行动稳定校验。计算导体在短路电流作用下的热稳定时，常引入以参数“假想时间”，因短路开始后，短路电流有直流分量，短路电流的全电流有效值要大于稳定短路电流。直流分量不断变化衰减，如用实际断开时间及其稳态短路电流来计算热效应，不能实际反映实际情况，采用积分形式计算又很难用一个数学函数来描述变化的电流，因此提出假想时间。假想时间-导体在假想时间段内通过其稳态短路电流，与实际短路时间段内通过实际短路电流产生的热效应相同，由于稳态短路电流计算容易，对实际短路时间修正就可以得到假想时间，计算就变得简单了。短路实际断开时间=保护装置动作时间+断路器固有动作时

13、间。考虑到直流分量影响，假想时间比实际时间大0.05s，如果继保延时时间大于1s，假想时间可取断路器的实际断开时间。对于真空断路器，无论12KV还是40.5KV，瞬时开断时间约为0.1s，假想时间应为0.15s，裸铜排短路电流热效应按下式计算：t=假想时间，K=系数，取150，I=稳态短路电流有效值（A)，A=导体截面，mm2,选择中压导体的方法：1.根据电流互感器一次电流，先校验动稳定，其次校验热稳定。2.估算回路可能出现的短路电流及短路冲击电流（峰值）。2.柜体材料处理主要突出的问题是大电流涡流的问题。防涡流材料：铝合金板或不锈钢板。母线穿墙套管的固定隔板和安装触头盒的隔板均采用不锈钢板，

14、或者在其固定钢板上开一缝隙，然后用不锈钢或铝合金板补上。单芯电缆进出的柜体，底板采用不锈钢板或铝合金，为方便底板可以两块拼对。安装板也可以采用高机械强度的绝缘隔板，但会增加成本。有几点大家一定要注意：1.与开关电器直接连接及不与开关电器不直接连接的铜排载流量是不一样的，一般直接相连的载流量要低一些；2.柜内导体适当的发热是有益处的，在湿度比较大的区域，导体截面建议适当减少，但要注意接头处谨慎处理。3.发电厂电机出口开关柜主要用固定柜，大容量机组用发电机-变压器组方式例子：某变电站有一批中压柜，其中某馈线柜额定电流2000A，过载保护整定值1700A，运行时实测铜排温度44度，但实际载流才1100A，用户担心当电流达到1700A时柜内元件是否能承受。柜内铜排100*10mm2，主回路铜排与断路器直接连接。根据下表一可以看出，按柜内温度35度考虑，导体达到允许温度65度时，允许载流量1560A,如果按柜内温度55度考虑，铜排允许载流量为1280A,显然铜排截面偏小。另外，柜体防护等级IP4X，通风散热不是很好，当电流达到1100A时，铜排功耗大约为38W/m，如果按照柜体内铜排2.5m计算，损耗为95W左右，损耗是以热量形式散发，当电流达到1700A时，功耗可达到226W,