席迎胜
新疆华电沙尔布拉克水电有限责任公司 新疆 830000
摘要：作为电力系统中接通和断开回路、切除和隔离故障的重要保护与控制装置，封闭高压开关设备的健康状况，直接影响着电力系统运行的安全稳定。由于该类设备密闭性好，体积有限，所以其温升发热问题逐渐突出，发生过热故障的可能性也随之增加。长期以来，高压开关柜的内部发热故障一直未能得到足够有效的监测和抑制。特别是气温较高的夏季，由于用电负荷居高不下，其内部触头及母线接头处等部位，常常发生过热、烧蚀甚至爆炸事故，进而造成严重经济损失。特别是12~40.5?kV电压级别的中高压开关设备，其触头、引线过热故障多有发生，并屡次恶化为绝缘故障，引发起弧乃至设备烧损事故。为此，国家电网公司在《十八项电网反事故重大措施》中，针对开关柜内出线座与触头部位的过热问题，明确要求加强相关温度监测与运维检修力度。在气体绝缘开关设备（gas?insulated?switch-?gear，GIS）方面，亦明确指出“对于GIS内部的电连接，特别是母线的连接处，由于安装工艺差或长期运行的机械振动会造成个别插接触指接触不良，造成局部过热”。
关键词：封闭高压开关设备;发热监测;评估方法;
引言
高压开关柜是供电系统中重要的电力设备，对保证电力系统的稳定运行起着重要作用。但在实际使用过程中，由于各种原因的存在，高压开关柜的绝缘事故时有发生，造成了很大的隐患。原因可以分为主观原因和客观原因。客观原因是大多数高压开关柜的安装环境非常恶劣，在运行过程中受到各种外部环境的干扰，如灰尘等长期腐蚀，造成大量导线绝缘腐蚀，容易引起短路和漏电事故，不能保护高压绝缘柜的绝缘性能。另一方面，企业忽视高压柜在使用过程中的维护和维修，使设备在长期运行过程中容易出现各种绝缘缺陷，导致绝缘事故。
1常见的绝缘事故原因及分析
1.1绝缘距离不满足要求
如果通过中间导线或间隙不符合开关柜中的铜线，则会发生绝缘故障。例如，螺钉的尖端会卸下机箱。直流母线电容器a或c用于释放机柜侧面的次级元件。断路器的触发装置卸载因安全距离不足而引起的夹紧板或金属套管门。沿保温材料曲面的漏电距离不够或设计不足，可能导致漏电距离导致保温材料错误。
1.2投入生产的设备高度高于生产区。
随着高度的增加，大气压力降低，空气密度降低，保温强度降低，保温表面保温能力降低，外部应力降低，存在破坏性放电的危险，如b .由于侵入或雷击，机柜温度升高，机柜温度升高，隔离。
1.3在温度现场监测方面，仍然缺乏令人满意的技术及相关设备
在电力系统中，封闭高压开关设备数量极为巨大，这使得对其内部温度的监测工作，不但需要有较高的准确性，亦需要其技术及相关设备较为简单易懂才方便一线工程人员学习，还需要有较低的经济成本，才能为广大基层电力部门所接受。然而，迄今为止，相关技术手段与设备尚难以满足上述需求。其主要缺陷在于：温度传感器高温失效问题尚未得到有效克服；红外观察窗晶体成本较高且结构强度较低；因为红外线无法穿透SF6气体，所以红外测温难以直接探测到充满SF6气体的GIS设备的内部；无线测温的可靠性与抗干扰性尚需进一步提升等。
2应用多光谱观测窗测温
2.1常规测温方法及其局限性
全面准确的测温数据，是优化发热故障研判的依据，是制定对应监测及诊断策略的关键保障。然而其内部的大电压、强电流、高温度以及交变磁场等因素的干扰，致使早期的试纸测温法难以满足要求，且热电偶、热电阻及半导体温度传感器的测温精度亦不尽人意。近年来开始应用的光纤式温度在线监测仪，虽然可以连续准确地监测高压开关柜内接点的运行温度，但是存在安装维护要求高、感温面老化脱落影响测温采样等问题，并且是散点测温；因此，难以获得设备的整体温度分布情况。红外热成像仪虽然可以测得物体的温度分布云图，但通常仅用于测量敞开式电力设备的温度。对于封闭高压开关设备而言，由于红外线无法直接穿透其外壳，其内部红外测温工作，长期以来并未得到有效的开展.
2.2多光谱观测窗测温的现场实测
为了验证这些视野在室内装修温度监测中的有效性，进行了专门的野外调查。在实验结果中，温度窗口中的防护等级最高可达IP65，大大高于开关柜的防护等级，从而确保了经过测试的安全性。由于测试还与测试柜中的测量系列和连接温度对齐，因此在机柜门的外壳上安装了针对测试设备的目视窗，并进行现场摄影。
2.3接头的发热诊断
从测得的高压开关柜导电回路电阻值诊断出柜内的接头发热情况，具体方法如下。根据手车断路器额定电流等级不同，母排(支排)为铜质的高压开关柜内导电回路电阻值有以下标准可供参考:手车断路器额定电流1250A的开关柜导电回路电阻值为150μΩ，3150A的开关柜为50μΩ。这个电阻值是母排(支排)长度及其搭接头、手车断路器及其动静触头、电流互感器的导电回路电阻值的和。母排(支排)搭接头的电阻值为1．1倍等截面母排(支排)长度的电阻值。高压开关柜所测得的导电回路电阻值可进行“横向”与“纵向”比较，“横向”比较就是相间进行比较，元器件相同的相间偏差不超过10%;“纵向”比较就是与上次或安装交接试验值进行比较，偏差不超过20%。如果开关柜间母排或开关柜内的某相导电回路电阻值超出上述标准，就应对该相导电回路进行分段分步测量及检查接头导流面，以诊断出发热点。
3改善及防范措施
3.1使用科学合理的绝缘材料
我国大部分12kV~40.5kV高压开关柜，其采用的绝缘材料需要具备成本低、抗腐蚀性能好的特点。按照《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》要求，开关柜中的所有绝缘件都应采用阻燃性绝缘材料，阻燃等级需要达到V0级。对于高压开关柜内部重要的绝缘器材，比如穿墙套管、支撑绝缘子、触头盒等元件，应该选择如SMC或环氧树脂的材料，并在材料选择过程中加强质量监管力度，保证绝缘件的质量。
3.2电磁场–流速场–温度场耦合分析计算方法的应用
把流速场–温度场耦合分析直接应用于散热与温度计算。以2维情况为例，该方法通常使用守恒方程，来描述封闭设备内部空间及外部环境中的气体稳态自然对流情况[22?23]。质量守恒方程为
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式中：ρ为气体密度；P为气体压力，η为气体运动黏性系数；u、v分别为气体速度在x和y方向的分量；g为重力加速度；β为热膨胀系数；ΔT为冷热面之间的温差；Tq为气体温度；c为比热容。上述方程较为全面地考虑气体稳态流动散热情况。将上述方程与热传导方程、对流及辐射散热边界条件联立，即可构成流速场–温度场计算边值问题模型，进行数值求解后，可得到较为全面合理的设备温度分布情况与气体流动散热情况。
3.3保证高压开关柜良好的运行环境
(b)按照18项防止国有运营公司停电措施的要求，为室内配电配置5℃以上至30℃以下的适当温度设施，如空调；当室内空气的最大相对湿度超过95%或当月的最大相对湿度超过75%时，应配置通风或空调。配电装置控制开关必须处于空闲状态。在开关柜中，可以添加送风或回风主体，以控制机柜运行中的环境湿度。对于较大的电源柜(4000A以上)，应使用风扇冷却机箱，以满足机柜温度升高的要求并减少绝缘。对于配电设备环境，还必须安装适当的设备来调节操作环境，以确保电源稳定并最大限度地减少停机。
4未来研究工作的发展方向
进一步重视和发展对发热测量技术手段的研究以及相关设备设施的开发。随着传感器与测量、信号传输与通信、红外检测、紫外检测，以及数字射线实时照相等技术的发展，各类检测手段将得到大幅度的提升与综合。封闭开关设备发热检测的直观性、全面性、准确性、经济性与适用性必将得到进一步的提升。
结束语
将封闭式高压开关柜内的接头通过导电回路电阻检测得到的回路电阻值，与参考标准、历史数据及相间数据的“纵向”和“横向”比较，可找出接触不良的接头，对其进行进一步检查及发热诊断，并及时处理，可有效避免接头发热引起的事故，保证电网的安全可靠运行。
参考文献
[1]范镇南,孔祥熙,张德威,李景灿,黄锐.封闭高压开关设备发热的监测与评估方法综述[J].西华大学学报(自然科学版),2021,40(01):75-80.
[2]周慧.高压开关电器设备故障分析及处理[J].黑龙江科学,2020,11(22):110-111.
[3]李禹生,杨巧妮,安影.高压开关设备技术要求的标准相关性分析[J].中国标准化,2020(05):200-204.
[4]高压开关行业发展趋势及投资方向[J].电器工业,2019(03):38-39.
[5]李钦柱.电网检修中高压开关设备的典型缺陷分析及改进方法研究[D].山东大学,2018.