高压开关温升试验方法的研究

孙蕊 高杨 周忠杰

[摘    要]  随着人们对电力越来越高的要求，我国的电力建设目前备受关注。近年来，我国大力进行电力建设，在进行电力建设的过程中，需要通过高压电进行电力输送，因此电力的安全十分重要，而高压开关作为电力基础设施中十分重要的设备，对于其安全系数，也有着极高的要求。要检测高压开关的各项指标，就需要通过高压开关温升试验来进行。本文对高压开关温升试验进行研究，进一步获得满足高压电路工程需要的开关设备。

[关键词]高压开关;温升试验;仿真实验

[中图分类号]TM564 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）03–00–03

[Abstract]With the increasing demand of the people for electric power， my country's electric power construction is currently attracting attention. In recent years， my country has vigorously carried out power construction. In the process of power construction， it is necessary to transmit power through high-voltage power， so the safety of power is very important. As a very important device in the power infrastructure， high-voltage switches also have extremely high requirements for their safety factors. To detect the various indicators of the high-voltage switch， it is necessary to pass the high-voltage switch temperature rise test. This article studies the temperature rise test of high-voltage switches， and further obtains switchgear that meets the needs of high-voltage circuit engineering.

[Keywords]high voltage switch; temperature rise test; simulation experiment

在电力系统的运行过程中，发热是一个十分重要的问题。电力系统温度过高会导致很多设备和元件的运转出现问题，造成设备甚至是整个电力系统的故障，严重的可能会引发安全问题。因此，溫升试验成为了设备和元件在投入使用前需要经过的检验。高压开关作为保障整个电力系统安全和控制电力系统通断的重要环节，自然也需要进行温升试验。

1 高压开关温升试验概念简述

1.1 高压开关概念

高压开关是指额定电压3kV以上，主要用于开端和关合导电回路的电器。高压开关主要分为高压断路器、隔离开关和高压负荷开关三种。高压断路器主要是用于控制一部分电力设备或线路拖入或退出运行，以及在电力设备发生故障时，通过几点保护装置将故障部分切除，从而保护整个电力系统的作用。高压断路器按照其所采用的灭弧介质，主要分为油断路器、六氟化硫断路器和真空断路器三种。为了降低开关的温升，改善接触状态和减少热量是非常重要的。这是问题的主要方面，但另一方面是当热保持恒定时，冷却条件对温度上升起着决定性的作用。在本文中，从散热的观点出发，将焦点放在了开关温度上，为了简化扫描，开关仅限于等距截面杆。研究无限棒的温度上升，在集中热源的杆端和集中散热器的另一端研究了有限的杆。因此，可以在不损害问题性质的情况下得到解析，通过分析溶液，明确了各种因素对温度上升的影响，找到了降低温度上升的途径。希望这项工作能对新开关的设计和旧开关的改良有所帮助，隔离开关主要起到在检修时用于隔离高压电源的作用，主要由导电、绝缘、传动和底座组成。高压负荷开关包含了高压断路器和高压隔离开关的作用，具有较综合的用途。

1.2 温升试验概念

温升试验是型式试验。在以往的温度上升试验中，如果绕组的平均温度上升（用电阻法测量）和油的最上层温度上升，这2个温度上升的实测值不超过基准规定的容许温度上升限度值，则可以认为变压器通过了温度上升试验的型式试验。但随着变压器电压水平的提高，大容量变压器损耗的降低，光纤式测温装置的出现，油气相色谱和液相色谱的发展，温度上升试验作用型试验项目之一也有所增加。

2 高压开关温升试验流程

2.1 温升试验回路

根据试验标准方法进行等效温升试验。该电路由稳压变压器，上向电流互感器和一系列测量设备及控制设备和测试开关元件组成。母线电路接线时的等效温升试验、主电路、电缆室输出直接短路。试验用接线母排参数为2000 mm×80 mm×10 mm。对于双层结构的开关柜，其温升试验可以存在两种不同的通流回路。一种主母线室使用宽2000 mm×100 mm×10 mm的铜排连接试验设备，上回路末端通过截面积300 mm2、长3m的两根电缆短接，下回路末端通过截面积300 mm2、长3m的两根电缆短接，此种通流方式情况下，两台断路器相当于并联运行模式，与实际运行工况一致。另一种上进线端直接短接，下出线端通过截面积300 mm2、长3 m的两根电缆连接试验设备，此种通流方式与实际运行工况略有不同。为了将开关柜和设备及所有相同型号的温升试验转换为出厂，应对试验装置和控制装置进行主回路电阻测量。每个子对象之间必须使用直流测量压降和电阻线。温升试验是一项重要的试验，高压开关可以验证载波容量，以证明导电电路在正常工作电流加热后会引起温升。高压电气产品通过正常工作电流转化为电阻损耗、涡流损耗、磁滞损耗和热能，部分周围介质损耗，部分热介质导体温度。温升程度是从两个方面决定热量和散热的因素，同时承载液体通过电流大小，承载电路零件和材料、机械结构、元件焊接质量和产品装配质量等因素。但在实际的应用中，不能完全接触到面。在工程中通常是线接触的形式，由于相同压力下接触点的压力和实际接触面积适当结合，因此线接触的接触电阻低于点接触和面接触，此时散热面和热容量也较大，因此使用效果较高。为了减小接触电阻，结构形式也需要同样考虑，一般通过对接触面施加镀银来改善接触面的膜电阻。由于银具有高导电性、化学稳定、氧化速度慢等特点，但氧化膜容易被破坏，因此为了减小接触电阻，在施工中经常使用镀银方式。但由于银硬度不高，电镀容易磨损，采用镀银合金即硬质镀银可以很好地解决这一问题。对于实际导电电路中一些电接触较弱的部位，如铝导电棒之间的电连接，铜银结合的过渡形式，接触面的固定紧密接触，表面接触面较多，但通过材质的合理组合，可以大幅度降低多种接触形式的科学组合，降低整个接触面。实验除单独封闭在1个金属外壳内的情况外，从母线端开始以额定相位进行。如果允许进行单相测试，则必须对穿过外壳的电流进行额定值。对三相产品进行三相试验，从三相分别加载电流，可以理解为一段短路。在单相产品的单相温度上升试验中，一般为壳体回流，电流从主电路的一端被引入，后部连接到壳体，电流从流入侧的壳体被引出，形成电路。

2.2 温升试验设置

载体温升实验是验证高压开关流量能量的重要实验，点火电路正常工作后，检查加热状态。当高压带电材料通过通常的工作电流时，电阻损耗的能量部分转换，当高压带电材料通过正常的工作电流时，电阻损耗的能量部分转换，可延迟损耗和补充边缘介质的消耗，通过导体的加热介质的温度升高。作为实验方法研究了温度上升、发热、放热、流经流体的电流、传送电路的截面积、材料、机械构造、接点接合部的质量、组装质量等的关系、利用比温度上升的电压调整变压器及大电流变压器的实验电路构成、必要的动作电流。为了降低接触电阻，还需要注意结构。通过银接触面提高接触掩模的强度是一般的方法，由于银硬度低，涂装容易，采用银合金，即硬银可能是解决该问题的好方法。在实际的导电电路中，弱接触部分、铝导电棒间的电连接、铜和银的接合部的迁移形态、接触面采取固定接触。增加接触面的一般方法是使用强制冷却系统增加护套的冷却面积，合理的匹配材料可以大大减少整个科学接触形态。冷却空间的增加会增加机箱的容量、复杂性和成本，使用具有优良冷却面积增加的计数器强制冷却系统。

电源线的示例配置是与系统同时测量的温度。试验时周围的空气温度应该超过10 ℃并低于40 ℃，请勿在此环境的空气温度范围内修改温度升高。温度测量是铜-康铜电偶丝测试。铜-康铜电偶丝测试灵敏度高、稳定可靠、耐震、防振、兼容性好、价格便宜，适合长距离测温和自动控制，在农业和制冷工程中起着重要作用。铜-康铜电偶丝测试测量温度上升点时，测量端应接触（固定）被测点。一般情况下，通过将电线粘贴到被试验部位或开口固定，将电线粘贴到壳体表面等试验部位的情况较多，相对于粘贴钻孔固定的方法更牢固，因此大多数埋设所采用钻孔固定法。在陶瓷柱断路器的情况下，导电电路由陶瓷上的法兰支撑，陶瓷内填充有一定气压的SF6气体，陶瓷本身的导热性能非常差，因此传导和辐射是其热传播的主要方式。提高热效率的一种常见方法是增加上、下划线的表面积。线路插座暴露于空气中，核心内的发热体与线路插座，特别是与上插座的接触面积大，传热电路的热阻小，线路插座的表面积（添加散热器等）越大，产品的热性能就越高。铸造整个散，使底部沿圆环体均匀分布。热管的概念已经出现了几十年，但该技术用于断路器的冷却是近几年的事。由于热源（蒸发器）和散热器（电容器）之间存在很大的电位差，因此在技术上使用电绝缘的热管是很困难的。该热管技术可应用于各种断路器，尤其是发电机出口断路器等大电流断路器，实现更高效的热传导，从而提高额定通流能力。与仿真計算内容相对应，对1120 kV旁路开关进行两次主回路温升试验，试验电流分别为5500 A和6300 A，根据《高压直流旁路开关》标准相关内容，通流时间各设定为30 min。

2.3 温升试验结果分析

结果采用两种不同的布线方式分析了A，B，C三相温度升高点的温度升高和测量点的位置。在采用布线方式1的温度上升试验中，A，B，C都显示出了比采用布线方式2的试验更高的值。配线方式1与配线方式2相比，A相温度上升测量结果，最大偏差值出现在第9个测量点，偏差量为18.9 K。B相温度上升测量的结果，最大偏差值出现在第9个测量点，偏差量为23.4 K。C相温度上升测量的结果，最大偏差值出现在第13个测量点，偏差量为22.9 K。由此可知，在布线方式1的情况下，开关的点检比简化的布线方式即布线方式2更严格。GB/T11022根据2011的规定，在进行开关的温度上升试验点检时，不应该采用像配线方式2那样单纯的配线方式，而是应该采用像配线方式1那样模拟实际动作的配线方式。

2.4 仿真数据与试验数据的结果对比

比较实际温度上升试验后的数据和模拟数据，用直角坐标系绘制图，通过两者的比较图以上的比较研究得到了以下结论。实际温度上升试验的数据和模拟试验的数据有微小的差异，作为其结果的原因可以认为是在实际温度上升试验时的某一时间点环境温度发生了急剧变化，在消弧室内部为了散热需要缓慢的变化过程，通过从消弧室温度减去室温的温度上升，在某一时间段产生了异常的温度上升。另一种是由于5500 A和6300 A温升值过高，当温度上升到一定值时，银层电导的变化会影响接触面电导，从而引起温度的异常变化。与实际的实验结果相比，由于模拟结果处于理想状态，因此两者的结果并不完全相同，但温度的上升趋势基本相同。结果验证了仿真方法的可行性和有效性，对验证直流旁路开关试验具有重要的指导意义，能够基于温度上升仿真优化产品结构。

3 结语

通过分析高压开关温升试验的概念以及试验过程，对整个高压开关试验有了更深的了解，有利于保障整个高压开关设备的耐高温能力和安全性，使我国的电力系统能够应用质量更有保障的高压开关设备，让我国的电力能够更加安全高效的运输和使用。这样有助于保障国家的正常供电，确保我国电力各项活动的正常进行。

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