高压开关柜梅花触头压力检测判据确定

董 驰，顾朝敏，陈志勇，李晓峰，庞先海，谢津波

(1.国网河北省电力有限公司电力科学研究院，石家庄 050021;2河北电力装备有限公司，石家庄 050021)

1 概述

近年来，随着高压开关柜装用量越来越多，由高压开关柜过热引发的故障也越来越多。根据河北省南部电网(简称“河北南网”)2006年至2019年高压开关柜故障统计分析，在51起故障中，由于梅花触头烧熔引起的放电故障最多，共有14起，占27.5%。因此，有效防范开关柜梅花触头部位过热成为需要解决的关键问题。

梅花触头过热的原因主要有梅花触头压力不足、镀银层厚度不足、大负荷和接触不良等，其中梅花触头压力不足是最主要的原因[1]。开关柜在工作位置时，梅花触头依靠环形弹簧的弹力与静触头之间保持接触压力。在负荷电流的长期作用下，环形弹簧由于发热易发生变形软化，引起接触压力减小。接触压力的减小将使回路电阻增大，使发热进一步增加，从而形成恶性循环。严重时，将造成触头烧损、引发故障停电，给电力系统的安全运行造成巨大威胁。因此，有必要对高压开关柜梅花触头压力检测技术进行研究，对不合格的梅花触头及时采取治理措施，减少开关柜过热缺陷和故障的发生。

2 梅花触头压力检测技术

2.1 技术原理

目前，高压开关柜梅花触头压力主要是利用模拟静触头法进行测量。其基本原理为：将内置压力传感器的模拟静触头工装推入梅花触头中，利用电阻应变效应测出压力的大小。其中的核心元件为电阻应变式传感器，电阻应变片将弹性体受力产生的形变转换成自身电阻值的变化，再通过测量电路转化为电压变化，从而计算出力的大小。

2.2 技术应用情况及存在的问题

高压开关柜梅花触头压力检测目前已在部分地市公司停电试验阶段进行了试点测试。目前，该项技术应用过程中只能利用横向比较法进行数据判断，即比较同类设备间的检测数据，将偏差较大的数据判定为不合格。该方法受人员主观因素影响较大，容易造成错判、漏判，制约了该技术的应用，因此，亟需制定一种触头压力绝对值判定方法。

3 梅花触头压力检测判据

3.1 判据确定思路

梅花触头压力不足会引起温升超标，目前已有相关标准[2]对梅花触头温升允许值进行了规定。本文对开关柜温升试验和梅花触头压力测试数据进行分析，找到二者之间的关系，然后根据温升允许值确定出梅花触头压力的合格限值，梅花触头压力检测判据即为：检测值≥合格限值。

3.2 案例分析

国网河北省电力有限公司技术监督工作方案规定，应对新入网开关柜进行温升抽检试验。本文结合温升抽检试验进行了触头压力测试。

抽检批次1：国网河北省电力有限公司石家庄供电分公司某新建变电站工程的3台开关柜型号均为KYN28A-12、额定电压12kV，断路器额定电流4 k A，母线额定电流4 k A，电流互感器额定电流3 k A。温升试验所加电流为主回路额定电流的1.1倍，按额定电流最小的部件考虑为3.3 k A。

抽检批次2：国网河北省电力有限公司沧州供电分公司某变电站技改工程的2台开关柜型号均为KYN28A-12、额定电压12kV，断路器额定电流4 k A，母线额定电流4 k A，电流互感器额定电流4 k A。温升试验所加电流为4.4 k A。

抽检批次3：国网河北省电力有限公司邯郸供电分公司某新建变电站工程的2台开关柜型号均为KYN96-40.5、额定电压40.5kV，断路器额定电流4 k A，母线额定电流4 k A，电流互感器额定电流4 k A。温升试验所加电流为4.4 k A。

3个批次的开关柜梅花触头温升测试值见表1，压力测试值见表2，压力值与温升值关系见图1。

对3个抽检批次触头压力值与温升值的关系进行曲线拟合，得到关系曲线分别为y=-2.471 7x+408.63、y=-0.956 1x+415.15、y=-0.996 9x+434.53，将触头温升极限(65 K)代入到关系曲线中，可以得出3个批次开关柜的触头压力合格限值分别为264.26 N、353 N、369.73 N，检测判据即为不小于相应的合格限值。

表1 开关柜温升测试值

表2 开关柜压力测试值

图1 不同抽检批次触头压力与温升关系曲线

4 结论

结合温升试验和梅花触头压力测试初步探究了高压开关柜梅花触头压力和温升的关系，得出了梅花触头压力检测判据。由于目前样本数量有限，曲线拟合的准确性还有待进一步提升。依据此方法，通过大量测试的积累，可以得到各种型号开关柜触头压力检测判据，建立系统性的评判标准体系。通过试验和数据分析，可以得出以下几点结论。

a.开关柜梅花触头温升值与压力值呈负相关，运用曲线拟合的方法可以求出梅花触头压力合格限值，进而得出检测判据。

b.一般来说，开关柜主回路额定电流越小，梅花触头温升越小，梅花触头压力合格限值也越小。例如批次1的开关柜梅花触头压力合格限值明显小于批次2、3。

c.不同厂家、不同型号的开关柜梅花触头压力检测判据不同。这是由于不同厂家、不同型号的开关柜结构、材质、通风设计等有差异，造成梅花触头温升不同，因此对梅花触头压力的要求也不同。例如批次2和批次3的开关柜主回路额定电流相同，但由于不同厂家、不同型号开关柜的差异性，梅花触头压力合格限值也不相同。