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【摘 要】 10KV手车式开关柜由于具有运行安全可靠、日常操作维护简单等优点被广泛应用于10KV线路及大型工矿企业供电变配电所。在对10KV手车式开关柜实际运行中，容易发生的开关触头发热故障的危害进行深刻的分析后，结合自己的工作经验，总结开关柜在运行过程中触头发热的可能原因，并有针对性的设计出一种断路器梅花动触头更换工具，对于及时排除故障有着极为明显的实际作用。填补了一项技术空白。
【关键词】 10KV断路器；过热现象；工具发明
一、10KV开关柜手车触头发热的危害
10KV手车式开关柜是传统固定式开关柜的改进产品，在变配电所中作为联络电能用户和高等级电网间的直接枢纽，是电能转换和优化分配的主要中间控制电气设备，其内部开关元件安全经济的运行是电能高效转换的基本保障。为了检验载流部分是否合理，可以通过对应的温升试验校核开关元件的电气和机械性能，10KV开关柜内一次回路开关触头部位与可动联接处各点的最大允许温升如表1所示：
表1 10KV开关柜各部件最大允许温升（单位：℃）
注：该温度以开关柜运行环境温度为基准
从表1可知，金属封闭开关设备（包括元件）的温升，应以开关设备外壳运行环境为基准，通常选取外壳运行环境温度为35℃，则对应的开关柜触头部分温升最大不能超过环境温度的30℃，联接部分温升不能超过40℃。但由于手车式开关柜所采用的移开式结构容易造成开关设备发生触头发热故障，不仅影响到开关元件的电气性能，同时还可能造成开关设备烧毁等事故，导致供配电网发生停电事故。
10KV手車式开关柜在日常运行过程中，容易出现开关动、静触头松动、操作弹簧电气性能下降等现象，导致触头或联接部位温升超过环境温度40℃以上，造成开关触头出现严重发热现象，降低了开关柜的整体电气性能。同时外部运行环境条件的变差，外来尘杂的干扰，也会降低开关柜的电气性能，造成触头温升效应加快，开关设备发热量增多等不利因素。
开关柜触头发热是一个逐步演变的过程，刚开始触头发热异常可能预示着开关柜出现安全隐患，随着运行时间的加长，伴随触头发热量的积累增多，开关整体绝缘性能下降，导致开关柜绝缘套管发生击穿事故。开关柜内电流互感器等元件在大量热量的趋势下，其运行环境将会逐步恶化，甚至可能出现电流互感器爆炸等严重后果，直接威胁到运行人员的安全。开关柜触头发热量可以沿着铜排母线转移到其它开关元件上，造成其它元件电气性能下降，降低系统的供电可靠性。
二、10KV开关柜触头发热的原因
1、系统规划设计和检修维护制度不完善
系统规划统计是10KV变配电系统高效经济运行的基本保障。在开关柜容量选择时没有进行充分的负荷统计，造成开关设备在实际运行过程中，其额定容量小于负荷实时需求容量，造成开关柜长期工作在过负荷运行工况下，导致开关柜触头发热量超过设计需求。在变配电所规划时，没有考虑到工程扩建的需求，同时工程在扩建时没有对原开关设备进行容量校验，依然采用原开关设备进行供电，使得开关触头单位发热量剧烈增加，超过设计标准，造成其它开关元件电气性能下降，大大影响供电可靠性。变配电所内的开关设备在安装调试过程中，由于各方面的原因，没有严格按照相关设计和施工要求进行施工，造成开关柜内各元件间连接不规范，形成一些通电间隙，有的开关元件进出线与开关柜连接触头间没有进行良好的联接处理，导致电流过流面积降低，在触头部分发生剧烈温升现象，影响开关柜的高效经济运行。在开关设备日常检修维护过程中，没有按照相关规范严格进行操作和检查，在开关手车机构推入时，没有推到开关柜的设计位置时，导致开关柜动静触头形成一些接触缝隙，电流就会在这里产生剧烈的电弧效应，产生大量的热量，降低开关设备的综合电气性能。
2、误操作及工作环境差
工作人员的不良操作习惯以及开关柜工作环境条件较差也能造成开关柜触头发热。在进行开关柜检修或定期预防性试验时，检修维护人员必须严格按照工作票的要求进行操作。有的工作人员觉得操作票太繁杂，喜欢凭借个人想法和意愿进行操作，导致检修维护水平降低，给开关柜留下巨大的安全隐患。有的工作人员在检修完毕后，没有根据检修记录逐一回检试验项目，造成开关柜的一些紧固件少装或漏装，有些元件没有复原到位就重新投电运行，造成开关柜不能稳定运行，在触头部位形成剧烈的发热电流，加速了开关柜触头接触面处的氧化速率，大大降低了开关柜的电气性能。
3、开关柜触头结构设计不合理
当开关柜的动静触头接触湘发生接触不良时，就会在接触湘形成一个接触电阻，如果该电阻阻值过大时，触头发热量就会剧增，开关柜温升就会超过金属封闭开关设备材料允许的最大温度，加速动静触头接触面发生氧化反应，造成触头接触电阻继续上升，导致开关柜进入接触电阻一发热-氧化一接触电阻一氧化的恶性循环，下图是在实际运行过程中10KV开关柜由于触头接触不良而造成的开关动、静触头烧毁事故。
三、10kV开关柜VS1型梅花动触头更换工具
1、所属技术领域
在电力生产中，变电站存在大量10kV开关柜。本工具主要用于更换10kV开关柜中VS1型梅花触头（如图1）。
2、背景技术
10kV开关动触头随着小车的摇入会平稳缓慢的插入静触头。在此过程中如果有偏差或弹簧受力不均就会造成接触面接触电阻增大，从而使热做功增加，发生触头过热现象。
图1
动触头更换的主要原因是，经过长时间运行多次操作后，触头破损老化，接触面不均匀导致过热。该问题严重影响设备运行安全，甚至导致开关柜发热烧毁。
VS1型梅花触头主要依靠外圈弹簧将触头固定在触臂上（如图2）。更换时需要将弹簧扩张将动触头从触臂上取下。目前电力系统还没有专用的更换动触头的工具，如需更换，则只能用一字螺丝刀撬动触头外部弹簧，将弹簧撬松后进行更换（如图3）。 图2 图3
此方法更换时间长，容易造成动触头损坏，出现弹簧断裂现象。出现这种现象的主要原因是使用螺丝刀撬弹簧时，弹簧受力集中，老化的弹簧即可能断裂。
3、发明目的
目前的10kV动触头更换方法主要存在以下两个问题：
1）更换时间长使用一字螺丝刀更换平均时间为20分钟。
2）动触头损伤率高。更换过程中动触头损伤率约为20%。
新工具主要为解决以上两个问题设计的。要求新工具能使更换时间缩短至5分钟内，便于操作，且更换过程中动触头损伤率降低至1%以内。
4、技术方案
新工具主要由扩张头、传动杆、操作杆、外套管等几部分组成。
·扩张头：动触头更换过程中出现损伤的主要原因是受力过于集中，导致觸头损坏。无论使用何种工具更换，其核心都在于扩张动触头外部弹簧，取下动触头。经测算取下动触头至少需要4000N的力，要想保证更换过程中动触头不损伤，就需要工具与动触头接触面够大并且均匀。扩张头为圆柱形，直径与动触头内环直径相同，由多片分离的扩张瓣拼接而成（如图4）。扩张瓣外圈靠弹簧收拢在固定环中，不用时不会散落，扩张时也能保证伸缩性（如图5）。扩张头先伸到动触头内部，受到传动杆的力后向四周扩张，撑开弹簧（如图6）。
图4 图5 图6
·传动杆：传动杆（图7）头部在扩张头内部，与扩张头内部接触面为锥形。传动杆推进后，扩张头受到来自锥形面的力向四周扩张。传动杆另一头连接在钳形操作杆上。
图7
·固定套管：套在传动杆外部，保证操作时稳定性和机械强度。
图8
·操作杆：成年男子单手握力为500-1000N。取下动触头需要4000N。为便于单手操作，设计了钳式操作杆（图9）。通过握操作杆，力由传动杆传给扩张头。
图9
图10工具总成
5、使用方法
使用时将扩张头（图5）深入动触头内部（图1），手握操作杆扩张触头，将触头安装在触臂上。
6、有益效果比较
通过分别使用新工具与螺丝刀更换进行对比试验：
·更换动触头时间由20分钟降至4分钟。
·更换过程中动触头损伤率由20%降至1%以内。
四、结语
开关柜发热故障降低了供配电网供电的综合质量水平，已经成为供配电企业高效发展的巨大障碍。因此，在日常检修运行过程中，分析总结开关柜发生过热故障的危害及原因，制定高效经济的检修维护措施和方案使用方便快捷的检修工具，对提高10kV开关柜VS1型梅花动触头的快速更换维修提供了便利，从而对供配电网可靠性及供电电能质量有相当大的工程实际意义。
参考文献：
[1]王玮，变电设备接头发热和防范措施[J].农村电气化，2008，249（02）：19-20
[2]国家电网公司，供电可靠性管理实用技术[M]，中国电力出版社，2008
【关键词】 10KV断路器；过热现象；工具发明
一、10KV开关柜手车触头发热的危害
10KV手车式开关柜是传统固定式开关柜的改进产品，在变配电所中作为联络电能用户和高等级电网间的直接枢纽，是电能转换和优化分配的主要中间控制电气设备，其内部开关元件安全经济的运行是电能高效转换的基本保障。为了检验载流部分是否合理，可以通过对应的温升试验校核开关元件的电气和机械性能，10KV开关柜内一次回路开关触头部位与可动联接处各点的最大允许温升如表1所示：
表1 10KV开关柜各部件最大允许温升（单位：℃）
注：该温度以开关柜运行环境温度为基准
从表1可知，金属封闭开关设备（包括元件）的温升，应以开关设备外壳运行环境为基准，通常选取外壳运行环境温度为35℃，则对应的开关柜触头部分温升最大不能超过环境温度的30℃，联接部分温升不能超过40℃。但由于手车式开关柜所采用的移开式结构容易造成开关设备发生触头发热故障，不仅影响到开关元件的电气性能，同时还可能造成开关设备烧毁等事故，导致供配电网发生停电事故。
10KV手車式开关柜在日常运行过程中，容易出现开关动、静触头松动、操作弹簧电气性能下降等现象，导致触头或联接部位温升超过环境温度40℃以上，造成开关触头出现严重发热现象，降低了开关柜的整体电气性能。同时外部运行环境条件的变差，外来尘杂的干扰，也会降低开关柜的电气性能，造成触头温升效应加快，开关设备发热量增多等不利因素。
开关柜触头发热是一个逐步演变的过程，刚开始触头发热异常可能预示着开关柜出现安全隐患，随着运行时间的加长，伴随触头发热量的积累增多，开关整体绝缘性能下降，导致开关柜绝缘套管发生击穿事故。开关柜内电流互感器等元件在大量热量的趋势下，其运行环境将会逐步恶化，甚至可能出现电流互感器爆炸等严重后果，直接威胁到运行人员的安全。开关柜触头发热量可以沿着铜排母线转移到其它开关元件上，造成其它元件电气性能下降，降低系统的供电可靠性。
二、10KV开关柜触头发热的原因
1、系统规划设计和检修维护制度不完善
系统规划统计是10KV变配电系统高效经济运行的基本保障。在开关柜容量选择时没有进行充分的负荷统计，造成开关设备在实际运行过程中，其额定容量小于负荷实时需求容量，造成开关柜长期工作在过负荷运行工况下，导致开关柜触头发热量超过设计需求。在变配电所规划时，没有考虑到工程扩建的需求，同时工程在扩建时没有对原开关设备进行容量校验，依然采用原开关设备进行供电，使得开关触头单位发热量剧烈增加，超过设计标准，造成其它开关元件电气性能下降，大大影响供电可靠性。变配电所内的开关设备在安装调试过程中，由于各方面的原因，没有严格按照相关设计和施工要求进行施工，造成开关柜内各元件间连接不规范，形成一些通电间隙，有的开关元件进出线与开关柜连接触头间没有进行良好的联接处理，导致电流过流面积降低，在触头部分发生剧烈温升现象，影响开关柜的高效经济运行。在开关设备日常检修维护过程中，没有按照相关规范严格进行操作和检查，在开关手车机构推入时，没有推到开关柜的设计位置时，导致开关柜动静触头形成一些接触缝隙，电流就会在这里产生剧烈的电弧效应，产生大量的热量，降低开关设备的综合电气性能。
2、误操作及工作环境差
工作人员的不良操作习惯以及开关柜工作环境条件较差也能造成开关柜触头发热。在进行开关柜检修或定期预防性试验时，检修维护人员必须严格按照工作票的要求进行操作。有的工作人员觉得操作票太繁杂，喜欢凭借个人想法和意愿进行操作，导致检修维护水平降低，给开关柜留下巨大的安全隐患。有的工作人员在检修完毕后，没有根据检修记录逐一回检试验项目，造成开关柜的一些紧固件少装或漏装，有些元件没有复原到位就重新投电运行，造成开关柜不能稳定运行，在触头部位形成剧烈的发热电流，加速了开关柜触头接触面处的氧化速率，大大降低了开关柜的电气性能。
3、开关柜触头结构设计不合理
当开关柜的动静触头接触湘发生接触不良时，就会在接触湘形成一个接触电阻，如果该电阻阻值过大时，触头发热量就会剧增，开关柜温升就会超过金属封闭开关设备材料允许的最大温度，加速动静触头接触面发生氧化反应，造成触头接触电阻继续上升，导致开关柜进入接触电阻一发热-氧化一接触电阻一氧化的恶性循环，下图是在实际运行过程中10KV开关柜由于触头接触不良而造成的开关动、静触头烧毁事故。
三、10kV开关柜VS1型梅花动触头更换工具
1、所属技术领域
在电力生产中，变电站存在大量10kV开关柜。本工具主要用于更换10kV开关柜中VS1型梅花触头（如图1）。
2、背景技术
10kV开关动触头随着小车的摇入会平稳缓慢的插入静触头。在此过程中如果有偏差或弹簧受力不均就会造成接触面接触电阻增大，从而使热做功增加，发生触头过热现象。
图1
动触头更换的主要原因是，经过长时间运行多次操作后，触头破损老化，接触面不均匀导致过热。该问题严重影响设备运行安全，甚至导致开关柜发热烧毁。
VS1型梅花触头主要依靠外圈弹簧将触头固定在触臂上（如图2）。更换时需要将弹簧扩张将动触头从触臂上取下。目前电力系统还没有专用的更换动触头的工具，如需更换，则只能用一字螺丝刀撬动触头外部弹簧，将弹簧撬松后进行更换（如图3）。 图2 图3
此方法更换时间长，容易造成动触头损坏，出现弹簧断裂现象。出现这种现象的主要原因是使用螺丝刀撬弹簧时，弹簧受力集中，老化的弹簧即可能断裂。
3、发明目的
目前的10kV动触头更换方法主要存在以下两个问题：
1）更换时间长使用一字螺丝刀更换平均时间为20分钟。
2）动触头损伤率高。更换过程中动触头损伤率约为20%。
新工具主要为解决以上两个问题设计的。要求新工具能使更换时间缩短至5分钟内，便于操作，且更换过程中动触头损伤率降低至1%以内。
4、技术方案
新工具主要由扩张头、传动杆、操作杆、外套管等几部分组成。
·扩张头：动触头更换过程中出现损伤的主要原因是受力过于集中，导致觸头损坏。无论使用何种工具更换，其核心都在于扩张动触头外部弹簧，取下动触头。经测算取下动触头至少需要4000N的力，要想保证更换过程中动触头不损伤，就需要工具与动触头接触面够大并且均匀。扩张头为圆柱形，直径与动触头内环直径相同，由多片分离的扩张瓣拼接而成（如图4）。扩张瓣外圈靠弹簧收拢在固定环中，不用时不会散落，扩张时也能保证伸缩性（如图5）。扩张头先伸到动触头内部，受到传动杆的力后向四周扩张，撑开弹簧（如图6）。
图4 图5 图6
·传动杆：传动杆（图7）头部在扩张头内部，与扩张头内部接触面为锥形。传动杆推进后，扩张头受到来自锥形面的力向四周扩张。传动杆另一头连接在钳形操作杆上。
图7
·固定套管：套在传动杆外部，保证操作时稳定性和机械强度。
图8
·操作杆：成年男子单手握力为500-1000N。取下动触头需要4000N。为便于单手操作，设计了钳式操作杆（图9）。通过握操作杆，力由传动杆传给扩张头。
图9
图10工具总成
5、使用方法
使用时将扩张头（图5）深入动触头内部（图1），手握操作杆扩张触头，将触头安装在触臂上。
6、有益效果比较
通过分别使用新工具与螺丝刀更换进行对比试验：
·更换动触头时间由20分钟降至4分钟。
·更换过程中动触头损伤率由20%降至1%以内。
四、结语
开关柜发热故障降低了供配电网供电的综合质量水平，已经成为供配电企业高效发展的巨大障碍。因此，在日常检修运行过程中，分析总结开关柜发生过热故障的危害及原因，制定高效经济的检修维护措施和方案使用方便快捷的检修工具，对提高10kV开关柜VS1型梅花动触头的快速更换维修提供了便利，从而对供配电网可靠性及供电电能质量有相当大的工程实际意义。
参考文献：
[1]王玮，变电设备接头发热和防范措施[J].农村电气化，2008，249（02）：19-20
[2]国家电网公司，供电可靠性管理实用技术[M]，中国电力出版社，2008