开关触头范文（精选7篇）
开关触头 第1篇
高压开关是电力行业生产中的重要设备之一, 它广泛用于各发电厂、变电站的高压开关间隔中。由于高压开关工作于断路器小室, 按有关规程的要求, 除电气母线连接外, 通风、控制都由隔板隔开, 即采用封闭式结构。因此, 开关的主要部分导电触头, 因接触面不洁、触头氧化、机械变形松动等原因, 造成触头严重发热烧毁的事故时有发生。以往由于没有可靠的手段在线监测触头温度等运行状况, 往往采用“计划维修”, 因而极易导致设备烧毁或突然停电等事故, 在一定程度上影响了企业的效益。近年来, 电力生产中采用了各种先进的测温设备, 如红外线测温、光纤光栅测温, 均取得良好的效果, 开关触头的温度得到有效监测, 触头发热事故也逐渐减少。
1 触头发热的原因分析
由于高压开关是运行在密封的高压开关柜中, 开关柜间又用隔板隔开, 发热点在密封柜中, 值班人员无法通过正常的手段检测开关触头运行中的温度。总结分析有关文献资料, 开关触头发热的原因大致有以下方面。
1.1 触头接触面氧化、脏污
高压开关的动触头是最容易发热的部分, 由于该部位易脏污等原因, 接触电阻会明显加大, 在运行中大电流的作用下, 热功率很大, 其结果是发热严重, 加速接触面氧化, 使接触电阻进一步增大, 形成恶性循环, 发展到一
(3) 由于自耦调压采用电阻式有载分接开关调电压, 调节过程中无过电压及涌流产生, 保证电容器运行安全, 大大延长了其使用寿命。
(4) 由于采用自耦调压技术, 装置损耗小, 仅为所带电容器容量的2‰左右。
(5) 安装维护简单, 运行可靠, 基本可以免维护运行。
3应用实例
电压无功自动补偿装置采用有载自耦调压变压器, 通过改变电容端电压来调节无功输出实现适时无功补定阶段后, 就会造成严重的故障。
1.2 设备的安装、连接工艺不好
设备在施工中安装工艺不当, 使得封闭式高压柜的小车式开关插嘴的位置与固定插头位置有偏差, 开关推入后插头部分就可能接触不牢固, 造成接触不良, 引起触头发热。
1.3 设备质量存在问题
设备在制造过程中, 若装配存在问题, 触头容量不足或接触不良时, 都会引起局部温度升高, 严重时造成触头损坏。
1.4 负荷加大的影响
当用电负荷加大, 会导致设备的温度升高, 正常时温度升高不会超过允许值。如果负荷进一步增大, 或者这时受到短路电流冲击, 设备的薄弱环节就会发热变形, 如在触头部位, 发热后的触头不但会变形, 其机械强度、物理性能都会下降, 导致触头的严重过热和弹性老化。
1.5 电力谐波的影响
电力系统中若大量使用变频器和整流器, 会产生大量的谐波, 由于谐波会导致导体的集肤效应和铜损耗增加, 使触头发热更为严重。
1.6 环境温度升高造成散热不畅
为防止人体接触高压开关带电部分及运动部分, 并防止小动物及异物进入高压开关, 生产厂家一般都根据
偿, 利用九区图原理进行电压无功自动调节。通过某变电站挂网运行证明该装置设计新颖, 性能达到了各项经济技术指标。10k V母线电压设置上限为10.7k V, 下限为9.3k V, 功率因数设置上限为0.98, 下限为0.95。自装置投入运行后, 共动作565次, 电压稳定在11.7~9.7k V之间, 功率因数稳定在0.98~0.95之间, 使该站电压合格率达到GB12325-2003的要求, 功率因数达到国家无功管理条例的要求, 且运行稳定。与其它站安装的VQC电压无功控制装置相比, 可以有效提高变电站无功管理水平, 提高电压质量和功率因数, 降低线损。
国家行业标准DL/T404-1997《户内交流高压开关柜订货技术条件》规定进行设计。夏季一般平均气温在32~38℃之间, 一些地方有时超过40℃, 如果设备通风不良, 柜内热量无法散出, 造成设备与触头严重发热而损坏。
2 预防触头发热事故的措施
2.1 目前采取的措施及方法
密封式高压开关柜内的触头发热是生产中的难题。目前采取的措施是在高压接触表面涂一层颜色随温度变化的发光材料, 通过观察其颜色变化来大致确定温度范围。这种方法准确度低、可靠性差, 不能进行定量测量;另一种方法是利用辐射特性的红外热像仪, 准确度较高, 但由于需要光学器件, 在高压开关柜外使用不太方便, 而且仪器价格较高, 推广使用有一定困难。需要提及的是, 以上2种方法都需人工进行巡测, 不能实时得到温升数据, 所得到的数据永远是滞后的, 无法随时判断开关柜内有无触头发热故障, 起不到实时报警的作用。
2.2 预防发热事故的监测方法
长期以来, 由于高压开关柜内具有裸露的高压导体, 且空间狭小, 通常的测温方法都无法使用。因此, 实现温度在线监测就成为保证高压开关安全运行的重要手段。光纤光栅测温系统就是实现在线测温的新方法、新手段。它由光纤光栅传感器、用于远距离信号传输的单模光缆、光纤光栅传感网络分析仪等组成。
2.2.1 光纤光栅传感器简介
光纤光栅是20世纪90年代发展起来的一种新型全光纤无源器件, 光纤光栅传感器就是其中的器件之一。它们分为温度、应变、应力、加速度、压强等各种用途不同的传感器, 具有不同的工作波长, 因此可利用波分复用技术, 在一根光纤级联多个光纤光栅传感器作分布式测量。传感器体积小、重量轻, 与光纤兼容、插入损耗低、性能稳定性好等特点, 特别是光纤光栅固有的绝缘性和抗电磁场干扰性能及具有极高的可靠性和安全性, 因此适合于在易燃、易爆、强电和强磁场等恶劣环境下工作使用。
2.2.2 光纤光栅在开关测温中的应用
光纤光栅在开关触头测温的原理是, 由网络分析仪内部光源发出连续的宽带光, 经光缆传输到监测现场布设的光纤光栅传感器, 这些传感器内的敏感元件对宽带光有选择性地反射回相应的窄带光, 经同一传输光缆返回到网络分析仪内, 由分析仪内部的探测器来测定出各个传感器所返回的不同窄带光的中心波长, 从而解析出各监测点的测温值。由于多个传感器所返回的窄带光信号中心波长范围不同, 所以可以将这些传感器信号串接组网实现多点测量, 大大简化了传感器及引出线的布设, 避免了以往逐点测量的不便。
光纤光栅信号处理器采用国际上最先进的数字化解调技术, 具有大容量实时在线信号采集处理和自检功能;监控计算机用户组态画面, 可生动地显示传感器运行状况;系统可综合各种安全监控参数并进行分析, 有利于及时发现事故苗头, 实现生产和安全的双重监控功能;在线显示开关触头温度变化并进行分析, 通过声光报警提示值班人员注意和采取必要安全措施, 从根本上解决了高压开关触头运行温度在线不易监测的难题。
3 结束语
使用光纤光栅传感器的在线测温, 从根本上解决了高压开关柜内高压开关触点运行温度的测量难题, 从而可有效地预防封闭式高压开关柜内触头发热事故的发生。这一在线监测技术还可推广运用到易燃、易爆、强电、强磁等恶劣环境场所。
小资料
非接触红外测温仪
非接触红外测温仪采用红外技术可快速方便地测量物体的表面温度, 不需要机械的接触被测物体而快速测得温度读数, 只需瞄准, 按动触发器, 在LCD显示屏上读出温度数据。红外测温仪重量轻、体积小、使用方便, 并能可靠地测量热的、危险的或难以接触的物体, 而不会污染或损坏被测物体。红外测温仪每秒可测若干个读数, 而接触测温仪每个读数测量就需要若干分钟。
红外测温仪接收多种物体自身发射出的不可见红外能量, 红外辐射是电磁频谱的一部分, 它包括无线电波、微波、可见光、紫外线、R射线和X射线。红外线位于可见光和无线电波之间, 红外线波长常用微米表示, 波长范围为0.7~1000微米, 实际上, 0.7~14微米波带用于红外测温仪。
高压开关触头温度无线监测系统 第2篇
1 系统结构
1.1 系统功能
(1)终端测温节点测量范围不小于-40℃~+120℃,测量精度大于0.5℃。
(2)主机最多可监测32个测温网络,每个网络可以容纳多于32个开关柜,每个开关柜可以配置9个终端测温节点。这样整个系统总的测试点个数可达32×32×9=9 216个。
(3)每个开关柜配置一个柜内温度监测装置,装在开关柜的门上,通过接收测温节点的温度数据实时显示开关柜触头和母线温度,并能够通过该装置对预警温度和报警温度进行设置。并能通过指示灯和蜂鸣器进行报警。
(4)由高压自具电源给终端测温节点供电,能在开关工作电流40~4 000 A范围内可靠工作,能承受在500 ms内电流的冲击
1.2 系统总体结构
如图1所示,整个监测系统主要分3个部分:ZigBee无线测温网络、高压自具电源和监测PC。
ZigBee无线测温网络主要包括:测温终端(终端节点)、开关柜内监测装置(包括路由器和显示模块)、温度收集装置(协调器)。测温终端主要由ZigBee芯片和温度传感器构成。开关柜内监测装置主要由ZigBee芯片实现无线通信,单片机实现显示等其他任务。温度收集装置和开关柜内监测装置采用相同的硬件,只是软件上有些不同,它在网络中承担协调器的角色,并实现与PC机的通信。ZigBee无线测温网络采用网状拓扑结构,这种结构具有更好的可靠性和容错能力。
1.3 系统工作原理
高压开关闭合工作时,高压自具电源从母线取得能量,经一系列整流、滤波、稳压处理,得到3.3 V电源,并为ZigBee测温终端节点供电。测温节点根据设定的测温频率进行测温,这里设定为每1 s一次,并把数据传给开关柜内监测装置(路由器),也可以是其他开关柜的柜内监测装置。路由器再把温度信息传给温度收集模块(协调器),同时也在开关柜内监测装置上显示本开关柜的9个节点的温度信息。协调器再把收集到的温度信息通过RS485发给监测PC机,用于显示和存档。
2 硬件设计
2.1 ZigBee测温节点硬件设计
ZigBee测温节点主要由CC2430和DS18B20以及一些辅助电路组成。DS18B20实现温度测量,CC2430实现温度读取和无线通信。测温节点在系统中承担终端节点的角色。基于CC2430测温节点原理图如图2所示。
2.2 开关柜内监测装置硬件设计
对于开关柜内监测装置,主控制芯片的选择是最重要的。要求抗干扰能力强、通用性强、管脚足够多、价格低廉。这里选用Cygnal公司的C8051F020微处理器;采用MAX485芯片进行电平转换;选用128×64带字库的点阵LCD;采用DS1302作为实时时钟;无线模块和测温节点相同,但在系统中它承担路由器的角色。作为高压开关柜内监测装置,其本身是一个比较完整的系统,其原理框图如图3所示。
2.3 温度收集装置硬件设计
它采用和开关柜内监测装置一样的硬件平台,但在系统中承担协调器的角色。
3 软件设计
3.1 ZigBee测温节点软件设计
测温节点的软件设计主要包括3个部分:温度数据的采集、温度数据的发送和低功耗的实现。其中温度数据发送采用TI公司开发的Z-Stack1.4.1协议栈,具体的参数配置如表1所示,在节点类型上选择终端节点。在低功耗实现上采用低功耗P2模式。经过测量和计算得到在每1 s采集一次温度的情况下,测温节点的功耗为3.575 4mAh/d。
3.2 开关柜内监测装置软件设计
开关柜内监测装置软件主要实现与测温节点交互信息,并把接收到的触头和母线温度信息显示在LCD上,接收键盘输入的设置信息,在触头和母线温度超过预警或报警值时采取声光报警。从ZigBee网络的角度,它被配置成路由器类型。其软件基本流程如图4所示。
把系统分解成若干个功能相对独立的子任务,并把CPU时间分成若干个小的时间片,每个任务必需在指定的时间片段内完成。这里把系统需完成的功能分解为3个子任务:响应键盘输入、刷新显示输出、串口发送。
3.3 温度收集装置软件设计
温度收集装置软件和开关柜内监测装置软件相似,最大的不同是其无线模块配置成协调器类型,这里就不再介绍了。
3.4 PC监测软件设计
PC监测软件主要功能是通过RS485与开关柜内监测装置进行通信,读取ZigBee测温节点的温度数据,获得ZigBee无线测温网络的拓扑结构,用于网络状态通信状态的监测和设备故障的诊断,保存历史数据,显示开关触头温度信息,给开关柜内监测装置校时等功能。其软件结构如图5所示。
4 高压自具电源设计
高压自具电源通过电磁感应原理,把高压大电流侧能量的很小一部分传递给ZigBee无线测温节点。需要经过能量控制、整流、滤波、稳压等一系列措施,其原理图如图6所示。
由于高压侧的电流波动范围很大,工作范围在0~4 000 A,发生短路时的电流达到40 000 A,这给自具电源的设计带来了很大难度。因此需要考虑多方面的因素:设计合理的电流互感器(铁心材料、铁心尺寸、线圈匝数等),设计合理的整流稳压模块(耐压和能量释放等)以及降低测温节点功耗(硬件和软件设计)。整流稳压模块的原理图如图7所示。
5 实验测试
系统设计完后还需要进行三类实验测试:高压侧小电流实验、高压侧额定电流实验和高压侧短路电流实验,从而验证系统在40~4 000 A的情况下能否可靠运行,并且能耐40 000 A短路电流冲击。根据实际安装尺寸的需要,并对比不同铁心材料(坡莫合金和非晶)、不同形状(圆形和方形)、不同磁路长度、不同线圈匝数,选择了规格为61/70/20的圆形非晶材料作为电流互感器的铁心,并采用60匝的线圈。
(1)高压侧小电流实验
给一次侧通入电流,直到测温节点能正常工作,记录最小一次侧电流。实验中发现在10.8 A时,测温节点就能正常工作。再增大一次侧电流,达到11.5 A时,测温节点稳压模块输出稳定在3.3 V左右,即其稳定工作电流也小于40 A,符合设计的要求。
(2)高压侧额定电流实验
给高压侧通入7000A电流,发现系统还能安全工作,从实际测量可以看出在一次侧通入大电流以后,整流稳压电路输出的电压基本稳定在3.3V,波动在0~0.08 V范围内,可以知道在高压侧电流为4000A时系统能够稳定工作。
(3)高压侧短路电流实验
对于40000A的高压侧短路冲击电流实验,由于设备条件所致,无法进行一比一的实验。采用等效实验的方法对其进行研究。在高压侧通入正弦电流时:
式中,I为电流幅值,ω为角频率。可以看出在高压侧电流不变情况下,ε和线圈匝数平方成正比。经过实验验证,在高压侧通入7 000 A电流时,温度测量装置能稳定工作。实际中由于电力系统负载短路造成高压开关工作在大电流情况的时间很短,只有几十毫秒,实验中高压电源工作在接近50 k A的时间远远大于负载短路的时间。这就说明了高压自具电源在高压侧发生短路故障时能可靠工作。
高压开关作为电力系统的重要设备,其安全可靠运行是保证电力网健康工作的必要前提。本文采用基于Zig Bee无线网络测温技术对高压开关触头温度进行在线监测,具有组网灵活、可靠性高、抗干扰能力强、低功耗、网络容量大(能够同时监测9 216个触头温度)等优点。在给无线测温节点供电上采用高压自具电源,能够在很宽的电流范围内可靠工作。系统实时监测高压开关柜的健康状况,为开关柜的提前维护提供了依据,有效保障了电力系统的可靠运行。
参考文献
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开关触头 第3篇
12~40.5kV高压开关设备空间封闭狭小, 触头等连接点温度不易检测, 目前比较常用的变色片、点温仪、红外热成像仪等方法需要值班人员定期巡检, 无法对温度异常情况进行实时检测与处置。为此, 本文介绍一种实时监测开关设备触头等连接点温度、并能对异常情况及时报警与处置的监测装置, 以提高电网运行的安全性。
1 技术原理与结构
该装置采用无线通信技术实现高低压隔离和信号传输, 实时监测高压开关设备触头等温度的变化情况, 从根本上解决发热点温度不易实时监测的难题。装置主要由温度在线监测终端和现场汇总通信终端两部分组成。各温度在线监测终端分别安装在高压开关设备触头等连接点附近, 监测终端的温度传感器将采集到的温度数据传送给无线信号发射模块, 由无线发射模块调制后发送给安装在开关设备控制面板上的现场汇总通信终端。现场汇总通信终端将各监测终端发送的温度数据进行处理, 并就地显示, 也可通过RS485串行接口将数据传送到变电站的监控后台, 实现对开关设备触头等连接点温度的在线监测与预警。
2 硬件设计
2.1 温度在线监测终端
温度在线监测终端由温度传感器、信号转换及发射模块、CT线圈三部分组成, 装设于开关设备触头等连接点附近。温度传感器贴附于靠近发热点的高压带电体上, 将测得的温度信息通过高温导线传送给信号转换及发射模块, 该模块将温度信号处理转换后, 以无线的方式发送给现场汇总通信终端。CT线圈通过电磁感应从一次回路取电, 为信号转换及发射模块提供工作电源。
温度在线监测终端的设计实现。
(1) 温度传感器:根据温度测量范围和使用环境, 选用高精度数字式温度计DS18B20, 其测量范围为-15~125℃, 精度±0.5℃。具有简单、可靠、体积小等优点, 能满足开关设备高温季节满负荷条件下的稳定运行。
(2) 信号转换及发射模块:主要由单片机MC9S08QG8、专用无线收发芯片MC13202、天线及外围电路组成。MC9S08QG8将温度数据处理转换后, 通过SPI接口传输给MC13202, MC13202将待发送的温度数据连同监测终端的地址码等封装成数据包, 经过调制后, 由天线发射出去, 有效地实现高低压隔离。
(3) C T线圈:该装置由C T线圈感应供电, 当通过的一次电流达到5A以上时, CT线圈中感应的电流能为该模块提供足以正常工作的能量。在设计上, CT线圈采取了一系列保护措施, 满足一次电流从5~4000A范围内可靠工作, 且能承受一次回路高达100kA的短路冲击电流。
2.2 现场汇总通信终端
现场汇总通信终端由无线接收模块、信息处理模块、温度显示模块、输出接口模块组成, 装设于开关设备控制面板上。无线接收模块接收开关设备各温度监测终端发送的温度数据, 经信息处理模块解调、处理后, 由温度显示模块就地汇总显示, 并可通过RS485接口将数据远传至监控后台。当温度升致设定上限时, 现场汇总通信终端驱动蜂鸣器报警, 并可启动开关设备强迫风冷装置降温。
现场汇总通信终端的设计实现。
(1) 无线接收模块:该部分硬件结构与温度监测终端的信号转换及发射模块相同, 功能上则接收相应温度监测终端发出的数据包, 获取温度数据和地址码。
(2) 信息处理模块:该模块主要由高速ARM微处理器芯片LPC2114及其外围电路组成。该模块除了快速处理并汇总测温数据外, 还可以接收用户的按键信息, 设置自身及与其通讯的温度监测终端的地址、报警温度限值等, 此外还可以驱动控制输出接口模块。
(3) 温度显示模块:主要由LCD液晶显示器及其外围电路组成。在LPC2114的驱动下, 实时滚动显示开关设备各测温点的温度数据。
(4) 输出接口模块:包括RS485接口和报警输出接口等。当监测数据需要远传时, 经LPC2114处理汇总后的数据, 通过RS485接口以串行通讯的方式传送到监控后台, 实现温度数据的远程在线监测、分析、存储及预警等。
3 软件设计
由于该装置由两个终端构成, 所以软件程序的设计也分为一个汇总显示主程序和两个子程序:无线接收模块子程序和采集发射模块子程序。
3.1 汇总显示主程序
汇总显示主程序流程如图1所示, 主要实现通讯地址及报警温度的按键设置, 监测数据的汇总、处理、显示, 报警输出及数据远传等功能。其中, 主程序初始化包括:LPC2114系统、时钟、IO口、串口、液晶屏等的初始化;LPC2114与无线接收模块通讯, 向其传递采集发射模块的地址, 并令其上传接收到的温度数据;当收到温度数据后, 数据处理并判断是否有超温, 及时进行超温报警, 在液晶屏上显示实时数据, 并根据用户需要进行数据远传。
3.2 无线接收模块子程序
无线接收模块子程序流程如图2所示, 主要接收采集发射模块发送的温度数据, 并将温度数据上传给汇总显示主程序。其中, 子程序初始化包括:MC 9S08Q G8、MC13202、串口等的初始化;程序接收汇总显示主程序传递的采集发射模块地址, 然后向这些模块发送数据请求, 并依次接收应答的温度数据, 最终上传给汇总显示主程序。
3.3 采集发射模块子程序
采集发射模块子程序流程如图3所示主要完成温度采集、数据转换和无线发射等功能。程序的许多环节与无线接收模块子程序相似:程序初始化后, 定时采集温度数据, 将数据转换为采集发射模块地址加温度数值的形式, 然后等待现场汇总通信终端的无线接收模块发射的数据请求, 将采集到的数据发射出去。
4 结语
高压开关设备触头无线温度监测装置已装设在35k V娄塔变电所1#、2#主变12kV出线开关柜上试运行, 装置循环监测主开关A、B、C三相上、下触头温度。运行结果表明:该装置安装、维护方便, 不降低开关设备原有的绝缘性能;采用CT自感应供电, 完全避免了电池工作寿命短、遇高温易爆炸等危险;装置的无线发射功率小于10MW, 能够突破开关柜单层金属板的屏蔽, 且不会对其它设备产生干扰;现场汇总通信终端能实时监测触头温度, 对温度异常情况及时报警, 并可进行数据远传。有效地实现了高压开关设备触头等连接点温度的在线监测与预警, 为开关设备的安全可靠运行提供了有力保障。
摘要：为解决高压开关设备触头等温度不易检测, 导致温升异常而造成严重电力事故的难题, 开发了一种利用微功率无线通信技术, 对高压开关设备触头等温度进行在线监测, 并及时进行超温报警与处置的装置。该装置具有自供电、低功耗、高低压有效隔离等特点, 监测数据可就地显示, 也可远传至监控后台, 实现远程监测和预警等功能。
关键词：高压开关设备,温度在线监测,无线通信
参考文献
[1]张新荣.基于单片机的多路无线温度监控系统设计[J].工业控制计算机, 2010, 23 (7) .
开关触头 第4篇
2012年8月18日17时40分，江苏省泗阳县供电公司南刘集变电所火灾报警装置告警。操作人员立即赶到现场检查，告警不能复归，35kV备自投装置动作成功(跳397断路器，投334断路器)，检查发现35kV断路器室烟雾很大，里面看不清。打开门窗通风后，进入现场检查发现334, 301, 3001断路器运行中，397断路器热备用，397开关柜内有烟雾，怀疑断路器烧坏。随即将断路器转为冷备用状态，笔者到场检查后确认397断路器烧坏。
南刘集变电所系新建变电所，35 kV刘桃397断路器型号为VEP40T，开关柜型号为KYN61-40.5，于2009年4月7日投运。
2010年6月，该所301开关柜曾发生母线放电现象，我们联系厂家更换301开关柜6只触头盒。
无独有偶，该型号开关柜还曾经发生过严重的放电现象，导致断路器爆炸。2010年4月底，运行人员发现35 kV郑楼变电所301开关柜放电声音大缺陷。5月11日经检修人员现场检查，需要更换该开关柜触头盒。5月15日，开关柜厂家到场更换3只开关柜触头盒，当时笔者要求更换6只开关柜触头盒，但厂家说不需要，工作结束后投运时301断路器发生爆炸，排查爆炸原因时发现2只未更换的开关柜触头盒击穿，导致相间短路。2012年8月25日，35 kV郑楼变电所同型号开关柜再次发生严重放电现象。
2 原因分析
2.1 开关室潮气大
(1)现场查看开关柜顶部未见水迹，此外，屋面也没有任何漏水痕迹，故可以排除因漏水产生。
(2)因现场潮气较大，电缆沟内也有少量积水，故存在因电缆仓加热器工作使热空气上升，在母线仓内聚集，而母线仓内无加热器，导致热空气冷凝，从而形成水珠的可能。但现场加热器并未启动，同时如果是热气上升导致，那么电缆仓顶部也同样应该产生水珠。并且，因为所有开关柜工况相同，如果由此产生水珠，那么所有开关柜均有此可能，而其余仓位均未发现类似现象，因此，笔者认为此可能性不大。
(3)该母线仓内部自身产生凝露。在湿度较大的时候，如果内外温差较大，在温度较高的一面将会产生凝露，这跟现场工况较为吻合。因397开关柜离空调器较近，柜内加热器未启动，因此电缆仓与环境温度较为接近，而母线仓因为自身发热致使母线仓与外界温差较大，在湿度较大的情况下在母线仓内壁产生凝露，使绝缘下降。但是比较其他同类型变电所，湿度也大，却并未发生该现象。因此，笔者认为这是导致开关柜产生放电现象的原因之一，但不是主要原因。
2.2 开关柜套管（触头盒）绝缘套管不屏蔽
不带屏蔽套管主要有下列缺陷： (1) 套管原设计绝缘裕度较小; (2) 套管原设计结构电场较集中，加之套管内有污粒、湿度大，在工作电压下局部放电现象严重; (3) 母线室用环氧套管与金属板之间因几何尺寸决定的电场极不均匀，不但会产生无线电干扰，使产品在运行中出现明显的放电现象，放电量高，而且该部位的绝缘材料会加速老化、劣化。
由于同批次同型号触头盒放电次数太多，笔者认为这是主要原因。
3 整改措施
3.1 改进触头盒
(1)将套管在原有设计结构基础上增设内屏蔽筒，并与带电体连接，保持同电位，形成圆体电场，使电场分布均匀，消除空气间隙等。
(2)内壁即高压端增设金属套管(或金属网)，并采用半导体材料使其两端与套管壁紧密地结合在一起，这样一方面增大了高压电极对套管本地的电容量，使对地电容量得到补偿;另一方面，相当于在母线电极的局部增大了电极的曲率半径，使得电场分布趋向均匀化。
(3)将母线与套管内壁用金属夹板或连接线短接起来，即消除母线与套管之间的空气间隙。
(4)在外层加一个外屏蔽网使之与安装嵌件连接并接地，在工艺上保证内屏蔽筒与外屏蔽网为同心圆，运用电场分析技术确定绝缘层厚度，保证电场均匀。通过改进提高产品耐受电压和局部放电性能。这样穿墙套管的外壁感应电压直接通过开关柜上的安装板接地，使其感应电压为零，抑制场强，屏蔽电场，避免了安装法兰附近套管外壁之间电晕放电现象。
(5)外屏蔽网圈与安装孔嵌件相互连接，这样穿墙套管的外壁感应电压直接通过开关柜上的安装板接地，消除感应电压，彻底避免了安装法兰附近套管外壁电场集中现象。安装时固定螺栓必须一点接地。
3.2 降低开关室湿度
(1)建议对工区内所有变电所电缆沟进行一次专项检查，防止大量积水产生。
(2)建议每年5～7月将开关柜内加热器置于手动强制投入状态，将开关室内空调器置于“抽湿”模式。
(3)建议以后新建变电所时，开关柜放置在开关室2楼及以上。
开关触头 第5篇
电器中的电动力直接影响电器的工作性能, 在设计电器或进行产品分析时, 常常需要对这些电动力进行计算和分析。电动力的大小与导体间的相互位置以及通过他们的电流大小有关, 正常工作时, 断路器的长期工作电流不大, 为几百甚至几千安, 当电路发生短路时, 短路电流很大, 就会产生很大的电动力, 可达几百牛顿, 甚至更大。这样大的电动力可能使断路器的结构零件变形或者断裂, 使原来处于关合位置的触头被推开, 产生电弧, 导致触头熔焊。
当大电流流过触头时, 在触头回路将产生强大的电动力, 这种电动力的作用如果师徒将触头弹开, 使触头在不该分闸的时候分闸, 就可能产生误动作, 破坏触头工作。这种电动力由两部分组成:触头回路产生的电动力, 即洛伦兹力;触头接触点附近电流线收缩产生的电动力, 即霍尔姆力。对于电动力的研究, 国内外专家学者做了很多积极的工作。在文献[1-2] 中, 详细的介绍了孤立触头间电动力的计算公式[3]。
因此对触头系统适当加入电动力补偿结构有着重要的意义。利用三维有限元非线性分析, 可以方便快捷地看出增补结构前后的电流密度和电动力分布的变化。本文针对一种典型电动力补偿结构:触头旁增设金属片 (电工纯铁) 的方式进行对比分析。
1 仿真半径的计算
假设触头间的接触点为一个点 (一个圆柱形的小区域) , 根据能量平衡公式, 可以推到出触头间Holm的公式:
式中r —导电斑点 (接触点) 的半径;
R—触头的等效半径;
ξ—触头表面情况, 在0.3~0.6之间:
Fk—触头间的预压缩力。
从式 (1) 所示可以看出, 导电斑点半径r与预设压力Fk、触头材料布氏硬度H、触头表面情况有关。而Holm力F与r, 触头半径R、以及电流大小i有关, 因此Fk对F大小有影响, 同时, Fk的选择由于发热容许的要求, 受到F的限制。无论电流是否变化, 公式 (1) 都适用, 由此可见, 接触点半径r越小, 触头半径R越大, 触头间电动斥力越大。电弧斥开以后Holm力将消失, 这时电磁斥力及存在洛伦兹力。Holm力一般占总电磁力的一半以上。
因此根据公式 (1) 和表1 给出的原始数据可以推出仿真时的接触点半径r。
通过计算得到接触半径r为0.203mm。
2 补偿结构的仿真对比分析
图1 中展示了此次仿真触头模型补偿结构, 在触桥2 上固定有铁片3, 当触头流过电流时, 铁片3 及固定铁片1 被磁化, 相互间产生吸力Fx, Fx的方向与电动斥力Fhe及Fcd的方向相反, 从而形成补偿。
首先在ANSYS软件中对触头进行三维实体建模, 经过剖分, 进行静态电流传导的分析, 将处理器求得的电流密度数据保存后, 导入磁场分析, 给出相应的边界条件, 求解出电动力。同样的处理方式, 建立加入铁片的触头结构, 在磁场处理时给铁片赋予磁化曲线。仿真出加入电工纯铁后的结果变化。图2 显示了增加铁片后的剖分单元图。
得到触头结构的磁场强度分布图, 从图3 中可以看出两侧触头附近的磁场强度很大, 成辐射式的分布, 符合霍尔姆力生成的理论基础。在电流密度图中, 如图4, 可以清楚的看出电流密度的分布、方向和大小。三幅图的分布趋势与不增加铁片的触头系统一致, 不在列举。
对比增补铁片前后的电磁力分布图可以看出, 动触臂中间位置受到很大的向下的电磁力, 而触点两侧又受到向上的霍尔姆力, 因此从应力上考虑, 动触臂有弯曲的趋势。使得触头结构很不稳定。与此同时, 从图5 和图6 中可以看出, 铁片的增加确实使电磁力曲线的数量值发生了变化, 说明铁片的磁化改变了磁力线的分布, 影响到了电动力的分布大小。
通过仿真得到增补铁片前后动触臂上电动力的大小, 见表2。
3 结论
通过本文仿真得到的结果数据可以看出, 增补铁片后触头受到的电动斥力确实得到了补偿。铁片的磁化改变了整个触头周围的磁场分布。从数值大小上来看, 虽然增补的力不是很明显, 但是在电器设计中, 可以为补偿电动力提供一种构想。通过改变铁片大小, 位置和材料属性, 使此种补偿结构具备更多的研究和实用价值。
摘要：当电器触头发生短路时, 触头回路会产生很大数值的电动斥力, 对电器性能和结构产生很大影响, 甚至会使触头发生熔化和熔焊。本文针对一种典型的电动力补偿结构进行仿真研究, 论证其合理性与可行性。
关键词：触头,电动力补偿,ANSYS
参考文献
[1]李兴文, 陈德桂, 向洪岗等.低压塑壳断路器中电动斥力的三维有限元非线性分析与实验研究[J].中国电机工程学报, 2004, 24 (2) :150-155.
[2]张凯.基于ANSYS有限元分析的电器触头系统电动力的研究[D].河北工业大学, 2006.
[3]Kim Y M, Cho S H, Lim K J, et al.Analysis on electromagnetic repulsion force in Molded Case Circuit Breaker[C]//Electric Power Equipment-Switching Technology (ICEPE-ST) , 2011 1st International Conference on.IEEE, 2011:379-382.
开关触头 第6篇
隔离开关是高压电网的组成设备之一,在电网中起到安全隔离作用,其任务是在无负荷下分、合电路,达到停电和转换电路的目的。由于其工作频繁、使用范围广泛,因此发热故障时有发生。一旦隔离开关出现问题,就需限制负荷,必要时需紧急停电进行处理,严重影响了系统运行的灵活性和供电的可靠性[1]。根据运行维护经验,本文对某变电站GW12型隔离开关发热缺陷进行分析,并提出治理方案。
1 事故经过
2011年2月17日,在某变电站500kV设备区进行红外线测温工作时,发现5043-6隔离开关(该隔离开关基本情况见表1)B相温度为146℃,负荷电流为948A。随后对其进行连续跟踪测试,发现当负荷电流为1 290A时,B相达到最大发热温度220℃,当即申请在次日晚停电进行处理。停电处理前,负荷电流为1 100A,B相触头温度为185℃,A相触头温度为76℃,C相触头温度为84℃。
2 故障检查与处理
2.1 B相检查与处理
5043-6隔离开关转检修后,测试B相回路电阻值为130.2μΩ。现场检查发现动触头导电连片上螺丝松动,静触头有一定脏污、氧化现象,无烧蚀痕迹,触指夹紧力正常,触头接触面良好。对两侧触头进行打磨、螺丝紧固处理后(右侧动触头螺丝较左侧更松),测试回路电阻值为97μΩ,符合要求。
2.2 A、C相检查与处理
测试A、C相回路电阻值分别为305、237μΩ,两相同样存在动触头导电连片螺丝松动(较B相轻微)和动、静触头脏污、氧化现象。处理后,测试A、C相回路电阻值分别为95.2、93μΩ,均符合要求,投运后设备无异常。
红外成像检查结果显示,发热部位是动触头导电连片上螺丝和静触头触指,这也证明了发热是由导电连片上螺丝通流和触指氧化接触不良、表面脏污造成的。
3 测试结果分析
对比现场测试数据,发现发热情况最严重的B相回路电路阻值反而最小,仅有130.2μΩ(见表2)。下面对可能的情况进行分析。
该型号隔离开关动触头为双触头形式,合闸后在总导电回路上两触头会形成并联关系(如图1所示),回路电阻测量值为两触头电阻的并联值,即:
因此,当一侧触头(R1)接触良好,另一侧(R2)接触不良时,R2越大则R越接近于R1。这里以B相为例,R=130.2μΩ。
情况一:假设R1=150μΩ,根据式(1)计算得R2=975μΩ,则通过R1的电流为:
I1=R2×I/(R2+R1)=0.87I
触头组合一的电功率为
情况二:若R1=R2=260μΩ,则I1=I2=0.5l,
同理,以C相为例,R=305μΩ。假设R1=R2=710μΩ,则I1=I2=0.5I,。
从以上计算结果可以得出:
(1)对于双触头结构的隔离开关,两触头的回路电阻值越平均,单个触头发热量越小。
(2)触头回路电阻值越大,发热量越大,温度越高,故现场B相转检修后测出的回路电阻值存在误差,未能真实反映停电前的接触状态。
4 结束语
针对GW12型隔离开关存在的问题,制定相关措施,以确保运行设备的安全可靠性。
(1)B相回路电阻值低,应该是前后两次合闸后动触头的接触部分有偏差,或者是在分合闸过程中动、静触头接触面氧化层脱落,导致转检修后测量值与运行时的测量值不完全相同。
(2)回路电阻测试对于隔离开关的接触检查是非常有效的手段。
(3)对于双触头结构的隔离开关,检修时应保证两动触头与静触头均能良好接触,若其中一支接触不良,则更易出现发热的情况。
(4)在大负荷时期,加强对设备的特巡,发现异常情况及时处理。
摘要：介绍一起500kV变电站双触头隔离开关发热故障,通过实际数据分析,认为支路电阻差异会造成主回路发热差异,并对此问题给出了相应的处理办法和防范措施。
关键词：隔离开关,双触头,回路电阻,发热
参考文献
开关触头 第7篇
10 k V小车开关,即手车式或移开式断路器,是电力系统中非常重要的开关设备,担负着控制和保护电路的任务,小车开关故障将影响系统稳定与用户用电。梅花触头是小车开关的一种重要配件,用于高压真空断路器与母线、出线导体间的连接,起到接通电流的作用。为保证设备可靠运行及对用户连续供电,需要定期对小车开关进行检修及防拒动专项检查,检修过程中往往需要拆卸梅花触头进行触指的检查与清洁;同时,日常的缺陷处理,如更换触指弹簧、导电臂绝缘护套、真空泡等,均需要拆卸梅花触头。
1 存在问题及解决办法
梅花触头采用弹簧外包箍紧主载流触指在导体上,因此结构紧密,可靠性能好,但装拆十分不方便。传统装拆梅花触头的方法具体如下:在拆卸梅花触头时,依靠螺丝刀等简单工具,通过扩大弹簧直径,使得触指不压紧在导体上,然后取下梅花触头;在安装梅花触头时,依靠螺丝刀等简单工具,通过扩大弹簧直径,使得触指套住导体,然后移开螺丝刀,实现梅花触头与导体连接。但是这种方法需要使劲地克服弹簧的紧束力,操作不便,费时费力。
为解决装拆梅花触头存在的问题,笔者提出了研制一种易于操作和省时省力地装拆梅花触头的装拆工具。检修人员只需把专用工具放入梅花触头内,顺时针转动手把,即可轻松地扩张梅花触头从而拆下;安装时逆时针旋转即可收缩触头从而固定在导电臂上,简单便捷且不造成损伤。
2 技术方案及原理
技术方案:梅花触头装拆工具包括底板、滑板、连杆和连杆座,底板周向设置有两个以上导向件;滑板为两个以上,滑板与导向件一一对应,滑板设有导向槽;导向件装入到导向槽中,并能沿着导向槽移动;连杆为两个以上,连杆与滑板一一对应,连杆一端活动连接滑板,另一端活动连接连杆座。
两个以上导向件等距分布于底板,连杆一端与滑板可转动连接,另一端与连杆座可转动连接。连杆座设有通孔,主杆一端连接底板,另一端套接于连杆座的通孔内,连杆座能沿着主杆移动。复位弹簧套在主杆外部,弹簧设置在底板与连杆座之间。手把设置在连杆座远离底板的一侧,手把具有螺纹孔,主杆设有与螺纹孔配合的外螺纹,手把能沿着主杆移动,螺纹孔为通孔。手把设有梅花手柄或者推杆,推杆设置于手把侧边。
下面结合上述技术方案对本实用新型的原理、效果作进一步说明:(1)该梅花触头装拆工具随着导向槽相对于导向件来回移动,滑板实现在收缩状态和扩张状态之间的切换,从而使梅花触头实现扩大与收缩。因此,本工具结构简单、易于操作,能够省时省力地装拆梅花触头。(2)该梅花触头装拆工具在安装与拆卸梅花触头的过程中,工作人员无需用手或者螺丝刀直接接触梅花触头的弹簧,从而避免了损坏梅花触头的弹簧和触指。因此,本工具安全可靠。(3)该梅花触头装拆工具的导向件均匀分布,主杆、连杆座和底板同轴设置,连杆座沿着主杆定向移动,使得本工具受力均匀、稳定性高。(4)该梅花触头装拆工具的梅花手柄或推杆增大了工作人员旋转力的力臂,使得工作人员能够快速实现本实用新型在收缩状态与扩张状态之间的切换。因此,本工具操作轻便快捷。
3 实施方式
下面对本工具的实施例进行详细说明:
工具的结构示意图如图1所示,包括底板100、滑板200、连杆300和连杆座400。底板100周向设置有两个以上导向件。滑板200为两个以上,与导向件一一对应。滑板200设有导向槽,导向件装入导向槽中,并能沿着导向槽移动,如此,滑板200能沿着导向槽方向移动。连杆300为两个以上,与滑板200一一对应。连杆300一端活动连接滑板200,另一端活动连接连杆座400。
在使用时,工作人员施加推力或拉力于连杆座400,驱动导向槽沿着导向件来回移动,使得滑板200实现在扩张状态和收缩状态之间的切换。又因为滑板200抵触梅花触头触指,所以梅花触头能够箍紧或松开导体,从而实现梅花触头的装拆。
在安装梅花触头时,收缩滑板200,并将底板100放入梅花触头内,直至底板100紧靠到导体的导电臂;扩张滑板200,从而推动梅花触头触指扩张,使得梅花触头触指包裹并箍紧导体;最后收缩滑板200,将底板100从梅花触头中移出,即完成梅花触头的安装。
同理,在拆卸梅花触头时,将底板100放入梅花触头内,扩张滑板200,使得梅花触头触指松开导体,并取下梅花触头。
综上所述,本实用新型结构简单、易于操作,能够省时省力地装拆梅花触头。同时,由于工作人员无需用手或者螺丝刀直接接触梅花触头,从而避免了损坏梅花触头。
本工具已制作实物并用于生产检修现场,使用情况符合预期,并已申请实用型专利。
4 结语
高压断路器作为电力系统的重要开关设备,可靠性要求极高,在运行中如果出现拒动故障,其后果是难以估计的。梅花触头机构紧凑且作用重大,为了确保断路器的运行状态良好,首先,我们必须要做好设备的规范化检修工作,按照安装检修规程及检修维护手册进行检修;其次,我们必须严格按照防拒动专项检查方案进行检查,做好设备状态评估和缺陷处理,保证断路器各部件状况良好。
“工欲善其事,必先利其器”,有了好的工具,不仅能大大提高工作效率,降低劳动强度,而且对提高检修质量和设备健康度也具有重要的作用。通过研制梅花触头装拆专用工具,很好地解决了传统装拆所带来的费时费力及损伤设备的问题,对电网安全可靠运行具有非常重要的作用。
参考文献
[1]方煜瑛.关于梅花触头的设计要领[J].华通技术,2005(2):38-40.
[2]曹志民,吴小钊,刘永庆,等.一种非自力型梅花触头抱紧力计算方法[J].高压电器,2015(8):98-101.
[3]丁军锋,谢维,高小宇.常用碳素结构钢、不锈钢以及低合金结构钢(GB)新旧牌号对照[J].科技资讯,2013(12):246.