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摘 要：我局10kV开关柜有一半是采用的KYN型，而每年我局因为手车开关隔离触头（下面简称动静触头）发热引起爆炸的案例时有发生，此文就针对一起10kV开关爆炸的原因以及为什么铜铝搭接容易引起发热的原因进行了详细的分析，并对此类家族型缺陷提出了相应的整改措施。
关键词：触头盒；静触头；母排
1故障概况
某220kV变电站内一台10kV开关故障，造成2号主变低后备保护动作跳开2号主变低压侧开关，站内10kV2段母线失压。到现场核查后，发现10kV2段电容1路921开关柜内，开关仓爆炸，921开关受损严重，故障点发生在开关C相上触头盒内，触头盒、动静触头及分支母排已全部被融化掉。
2开关爆炸原因分析
2.1引起开关爆炸的原因分析
根据现场，故障点位置发生在开关C相上触头盒内（触头盒内有动触头与静触头、静触头与母排两个搭接点）。据保护动作情况看，发生故障的触头盒内是先发生单相接地，然后引起三相短路，开关爆炸，保护动作。从动作情况说明引起单相接地的故障点发生在触头盒内，要引起该处接地必须是触头盒绝缘得到破坏，因此，如果我们找到了破坏触头盒绝缘的原因就找到了引起开关爆炸的原因。现就对破坏触头盒绝缘的原因提出几点假设进行分析：
（1）由于手车开关操作不当人为因素造成。此开关在上次预试以来，一直处于正常运行状态，无任何故障报警，在爆炸投运前是处于热备用状态，因此投运前并无小车摇进摇出操作，这里可以排除没摇到位致使插入深度不够或者对中不好等问题造成，可排除此原因。
（2）觸头盒绝缘本身存在缺陷。此项通过查阅上次在2013年04月22日预试的修试记录，未发现异常，整体耐压、开关本体试验均合格，触头盒并未到使用年限，因此可以排除此原因。
（3）触头盒受到大的机械力作用，绝缘遭到破坏。此开关在上次预试运行状态，在投运前是处于热备用状态，投运前并无小车摇进摇出操作，当时也无大的外力对其触头盒发生强力的机械损伤，同样排除。
（4）触头盒内触头接触部分本身发热致使触头盒绝缘损坏，引起短路，发生爆炸。原因分析有以下几点：
一、对相邻柜同型号同批次的另一台开关动静触头检查发现该开关的动触头已严重发热至发黑状态，且触指弹簧片已有2片退火失效。静触头进行检查发现静触头有严重过热现象，静触头尾部即触头与母排连接处已有严重发热发黑的迹象，此问题具有类同性。
二、该开关型号为VD4-12型，静触头直径仅3cm（比华仪和森源等开关所配静触头小将近2cm），厂家设计静触头载流能力大小应是采用铜制材料载流能力考虑的，而我们现场开关静触头与其搭接的分支母排是采用的铝母排，这就使得实际的载流能力大大减小。更为严重的是造成了静触头与母排之间是铜-铝的搭接方式，铜铝搭接容易引起电腐蚀氧化，氧化程度会随着运行环境和时间不断累积恶化。
三、铝母排的制作工艺不到位，铝母排制作工艺粗糙，打孔后的边角未打磨，凹凸不平，这不仅造成接触不良。
因此，触头盒内触头接触部分本身发热致使触头盒绝缘损坏，引起短路，发生爆炸是完全符合现场情况和逻辑推断的。为此，我们总结故障原因为：分支母排未按设计的要求采用铜制材料，致使静触头与排搭接处的载流能力大大减小，静触头与分支母排之间形成了铜-铝的搭接方式容易引起氧化，加之铝母排的接触面粗糙、走眼造成的接触面进一步减小等问题，使得触头长时间的严重发热，不断恶化，引起动触头触指弹簧片退火失效，致使动静触头接触压力极具减小，接触电阻极具增大，这样反复恶性循环，造成当开关再次投入运行时，开关将再不能承受正常负荷而将动静触头熔化，触头盒绝缘受损，造成单相接地，引发三相短路，开关爆炸。
2.2铜-铝搭接容易引起发热的原因分析
我们知道搭接面发热的原因是由于接触电阻增大致使电压降增大造成的。接触电阻由收缩电阻和表面膜电阻组成，接触电阻同时与触头材料、触头压力、接觸面形式、表面、氧化程度和清洁状况等有关，因此要准确的计算出接触电阻的大小较难，用经验公式计算，即
（1-1）
式中 Rj――触头接触电阻（Ω）；
F――触头压力（N）；
m――与触头接触形式有关的常数，对于点接触m=0.5，线接触m=0.5～0.7，面接触m=1；
K――与接触材料、接触表面加工方法、接触面状况有关的常数，见下表
在不考虑被氧化的情况下通过式（1-1）将铜-铜与铜-铝搭接的2个K值代入，可以算出，后者的接触电阻在最大的情况下可以到达10倍之多。
此外从被氧化的容易程度来看，铜-铝搭接时电化学电势差为580mV≥350mV（产生电化学腐蚀的临界电压），很显然铜铝电化学电势差已经超过了临界电压值，只要环境潮度较大时，就易造成电腐蚀，且此过程是恶性循环的。
3 整改措施
3.1将开关柜柜内铝母排全部更换为铜母排。
使用铜母排一是满足了设计的载流能力要求，二是避免了铜-铝搭接时容易造成的氧化影响，同时铜比铝的散热能力相对要强。
3.2将隔离静触头进行改进，增大接触面，增加载流能力余度。
由于工作条件和人为因素所限，母排的制作和开关安装工艺时常达不到理想的要求，无意中就缩小了接触面积，当运行线路长期处于一个满负荷状态时，容易造成发热。因此对静触头进行改进，增大接触面，就增加载流余度，提高了可靠性。
4 总结
此次故障主要是由于现场母排使用的铝材料与设计的静触头不搭配，引起发热造成的，其实引起触头发热的原因是多种多样的，但由于现场爆炸的开关已不能还原实际运行状态，因此，分析中参考了相邻同段母线同批次型号开关的信息。本文的目的除了提出对有类似问题的整改措施外，另一个目的是提醒大家对使用新设备时，需谨慎考虑新设备所需的使用条件。
关键词：触头盒；静触头；母排
1故障概况
某220kV变电站内一台10kV开关故障，造成2号主变低后备保护动作跳开2号主变低压侧开关，站内10kV2段母线失压。到现场核查后，发现10kV2段电容1路921开关柜内，开关仓爆炸，921开关受损严重，故障点发生在开关C相上触头盒内，触头盒、动静触头及分支母排已全部被融化掉。
2开关爆炸原因分析
2.1引起开关爆炸的原因分析
根据现场，故障点位置发生在开关C相上触头盒内（触头盒内有动触头与静触头、静触头与母排两个搭接点）。据保护动作情况看，发生故障的触头盒内是先发生单相接地，然后引起三相短路，开关爆炸，保护动作。从动作情况说明引起单相接地的故障点发生在触头盒内，要引起该处接地必须是触头盒绝缘得到破坏，因此，如果我们找到了破坏触头盒绝缘的原因就找到了引起开关爆炸的原因。现就对破坏触头盒绝缘的原因提出几点假设进行分析：
（1）由于手车开关操作不当人为因素造成。此开关在上次预试以来，一直处于正常运行状态，无任何故障报警，在爆炸投运前是处于热备用状态，因此投运前并无小车摇进摇出操作，这里可以排除没摇到位致使插入深度不够或者对中不好等问题造成，可排除此原因。
（2）觸头盒绝缘本身存在缺陷。此项通过查阅上次在2013年04月22日预试的修试记录，未发现异常，整体耐压、开关本体试验均合格，触头盒并未到使用年限，因此可以排除此原因。
（3）触头盒受到大的机械力作用，绝缘遭到破坏。此开关在上次预试运行状态，在投运前是处于热备用状态，投运前并无小车摇进摇出操作，当时也无大的外力对其触头盒发生强力的机械损伤，同样排除。
（4）触头盒内触头接触部分本身发热致使触头盒绝缘损坏，引起短路，发生爆炸。原因分析有以下几点：
一、对相邻柜同型号同批次的另一台开关动静触头检查发现该开关的动触头已严重发热至发黑状态，且触指弹簧片已有2片退火失效。静触头进行检查发现静触头有严重过热现象，静触头尾部即触头与母排连接处已有严重发热发黑的迹象，此问题具有类同性。
二、该开关型号为VD4-12型，静触头直径仅3cm（比华仪和森源等开关所配静触头小将近2cm），厂家设计静触头载流能力大小应是采用铜制材料载流能力考虑的，而我们现场开关静触头与其搭接的分支母排是采用的铝母排，这就使得实际的载流能力大大减小。更为严重的是造成了静触头与母排之间是铜-铝的搭接方式，铜铝搭接容易引起电腐蚀氧化，氧化程度会随着运行环境和时间不断累积恶化。
三、铝母排的制作工艺不到位，铝母排制作工艺粗糙，打孔后的边角未打磨，凹凸不平，这不仅造成接触不良。
因此，触头盒内触头接触部分本身发热致使触头盒绝缘损坏，引起短路，发生爆炸是完全符合现场情况和逻辑推断的。为此，我们总结故障原因为：分支母排未按设计的要求采用铜制材料，致使静触头与排搭接处的载流能力大大减小，静触头与分支母排之间形成了铜-铝的搭接方式容易引起氧化，加之铝母排的接触面粗糙、走眼造成的接触面进一步减小等问题，使得触头长时间的严重发热，不断恶化，引起动触头触指弹簧片退火失效，致使动静触头接触压力极具减小，接触电阻极具增大，这样反复恶性循环，造成当开关再次投入运行时，开关将再不能承受正常负荷而将动静触头熔化，触头盒绝缘受损，造成单相接地，引发三相短路，开关爆炸。
2.2铜-铝搭接容易引起发热的原因分析
我们知道搭接面发热的原因是由于接触电阻增大致使电压降增大造成的。接触电阻由收缩电阻和表面膜电阻组成，接触电阻同时与触头材料、触头压力、接觸面形式、表面、氧化程度和清洁状况等有关，因此要准确的计算出接触电阻的大小较难，用经验公式计算，即
（1-1）
式中 Rj――触头接触电阻（Ω）；
F――触头压力（N）；
m――与触头接触形式有关的常数，对于点接触m=0.5，线接触m=0.5～0.7，面接触m=1；
K――与接触材料、接触表面加工方法、接触面状况有关的常数，见下表
在不考虑被氧化的情况下通过式（1-1）将铜-铜与铜-铝搭接的2个K值代入，可以算出，后者的接触电阻在最大的情况下可以到达10倍之多。
此外从被氧化的容易程度来看，铜-铝搭接时电化学电势差为580mV≥350mV（产生电化学腐蚀的临界电压），很显然铜铝电化学电势差已经超过了临界电压值，只要环境潮度较大时，就易造成电腐蚀，且此过程是恶性循环的。
3 整改措施
3.1将开关柜柜内铝母排全部更换为铜母排。
使用铜母排一是满足了设计的载流能力要求，二是避免了铜-铝搭接时容易造成的氧化影响，同时铜比铝的散热能力相对要强。
3.2将隔离静触头进行改进，增大接触面，增加载流能力余度。
由于工作条件和人为因素所限，母排的制作和开关安装工艺时常达不到理想的要求，无意中就缩小了接触面积，当运行线路长期处于一个满负荷状态时，容易造成发热。因此对静触头进行改进，增大接触面，就增加载流余度，提高了可靠性。
4 总结
此次故障主要是由于现场母排使用的铝材料与设计的静触头不搭配，引起发热造成的，其实引起触头发热的原因是多种多样的，但由于现场爆炸的开关已不能还原实际运行状态，因此，分析中参考了相邻同段母线同批次型号开关的信息。本文的目的除了提出对有类似问题的整改措施外，另一个目的是提醒大家对使用新设备时，需谨慎考虑新设备所需的使用条件。