风力发电用箱变低压断路器触头烧损原因探析

刘润龙 冯猛 王猛

摘要：电触头是低压断路器的核心部件，在电路中主要发挥接通负载和分断电流的作用。电触头的性能好坏会对设备的使用寿命及安全性有直接影响。目前，在风力发电用箱变低压断路器运行过程中，容易出现电触头烧损的问题。本文结合实例，采用温升试验和直流电阻测量的方法对低压断路器触头烧损的原因分析，针对断路器触头烧损原因提出有针对性的预防措施，避免类似故障再次发生。

关键词：风力发电；低压断路器；温升试验；直流电阻

DOI：10.12433/zgkjtz.20240350

近年来，风电产品的低压断路器触头烧损事故屡屡发生，为了预防类似故障，以下结合实例对断路器触头烧损的原因进行分析，并由此提出针对性的预防措施，以保证风电场运行的安全。

一、低压断路器触头概述

目前，低压断路器主要用于低压配电网及各发电厂的开关控制柜和厂用电回路系统中，主要功能是电能傳输、电能分配和保护用电设备。在电网安全运行中，低压断路器发挥着重要的作用。

低压断路器由接线端、脱扣器、触头系统、灭弧室、操作机构及塑料外壳六个部分构成。其中，触头系统是低压断路器的核心部分，分为动触头和静触头。触头主要承担电路开断、导通并承载系统正常工作条件下的电流或一定时间内的过载电流任务。因此，触头的性能和质量好坏，直接决定低压断路器的电气寿命。一旦触头无法工作，就会对电力系统运行的稳定性产生影响，严重的会导致设备损坏和威胁人身安全。这就要求在选择触头材料时，要充分考虑导电性、耐磨性和耐熔焊性。

电触头作为一种重要的开关电器，工作性能和质量会直接影响各类电器关键功能发挥，比如影响继电器可靠性、控制电气的电气寿命等。合格的电触头，应当具有较高的分断能力、较强的耐电弧能力、良好的抗熔焊性及温升低的特性。从材质方面来看，电触头的材料应具有适宜的硬度和弹性模量和较高的电导率，能够降低接触电阻，同时具有良好的热传导性，可减少触头过热的问题。

二、低压断路器触头烧损实例分析

（一）案例概述

在某风电场中，装有25台风力发电机组，每台机组容量是2mW，并均配有一台低压断路器，目前已全部投入运行。通过对电场在的断路器检修维护，发现有6台断路器的触头有烧损现象存在，且低压室已被熏黑。之后断路器厂家技术人员来到现场与风电场技术人员一同检查断路器，发现6台断路器的触头已烧毁严重，其他运行的断路器触头有不同程度的变色现象。取其中1台已烧损的电路器拆解，从外表来看，该台断路器触头已被烧坏，且触头弹簧变色变形较为严重。

（二）事故原因分析

为查明低压断路器触头烧损的原因，技术人员从以下四个方面进行判断分析。

1.解剖分析

技术人员在对其中1台故障断路器解剖后发现，内部触头烧损严重，由于BC相放电原因引起电路短路，而短路产生的浓烟熏黑了低压室中的其他元器件。

2.其他部件情况

通过对变压器器身及高压侧元件的检测，发现均处于正常运行状态。由此可排除断路器触头故障是由于变压器及高压侧元件引起，可能是断路器本身存在问题。

3.电能质量情况

通过对变压器电能质量情况检测，发现变压器电能质量合格，谐波水平正测，说明断路器触头烧损并非电能质量不合格导致。

4.事故原因初步分析

风电场5台断路器触头烧损时，使得其他断路器触头有变色变形的问题。由此可推断出，断路器触头变色的主要原因在于其表面过热引起。综合分析，断路器内部过热是导致风电场5台断路器触头烧损的主要原因。

（三）断路器内部发热机理

取4台断路器产品进行内部发热试验研究，这4台断路器产品的情况具体见表1。D1、D2和D3为该项目箱变相同型号的断路器，D4为其他品牌产品。通过对产品进行温升试验和直流电阻测量，进一步分析断路器内部发热机理，以明确断路器触头烧损的原因。

1.D1箱变内温升试验

选择与风电场箱变同型号产品，对风机满载运行工况进行模拟，由此对断路器进行温升试验，试验条件：电流1674A，通电时间30min，环境温度28.5℃ ，试验结果见表2。

在满载电流1674A通电30min条件下，B相因为温度较高而有焦煳味出现，以至于试验停止。随后，吊出低压柜置于室外，在裸露空气中进行温升试验，B相仍然因为温度较高而导致试验中断。随后采用直流电阻测量法测试断路器的导电回路电阻，试验结果见表3。

2.D2箱变外温升试验

选取项目中1台箱变进行温升试验，以明确断路器温升情况。先是将低压吊柜吊出箱变外，置于裸露的空气中实施温升试验，试验后发现B相温度较高，导致试验停止。随后测试断路器温升试验前后的导电回路电阻，试验结果见表4。

在查看断路器内部结构后发现，触头及铜编织有烧蚀现象。D2断路器导电回路电阻有较大的变化，各相电阻有较大分散性，且均维持在较高值。

3.D3箱变内温升试验

通过对与D1同型号断路器触头及弹簧等附件升级获得D3，并对D3断路器进行温升试验，之后安装在箱变内，模拟实际运行工况。试验条件：电流2500A，环境温度25.5℃ ，试验结果见表5。

结合表5得知，在升级改造断路器触头系统后，可有效改善接线端子温升效果，使接线端子温度均在80K以下。同时对D3断路器温升试验前后的冷态导电回路电阻进行测试，试验结果见表6。

从表6可得知，通过对断路器改进，可使其导电回路电阻保持稳定状态，并且各相值均处于较低值。

4.D4箱变内温升试验

选取其他品牌D4断路器进行对比试验，D4断路器装于箱变内，通过模拟实际运行工况对D4断路器进行温升试验。试验条件：电流1674A，环境温度27.5℃ ，试验结果见表7。

5.试验结果分析

根据试验结果得知，在断路器运行过程中，若接线端子温升超出80K，会导致断路器触头过热，进而烧损触头表面。与此同时，通过与其他品牌的断路器进行温升试验对比得知，事故产品导电回路电阻值较大，这说明接触电阻较大。通过对断路器触头系统及弹簧等附件升级，可明显降低触头系统的导电回路电阻，从而降低触头系统温升品质。

综合上述分析，断路器温升情况与其触头电阻之间密切相关，为避免断路器触头烧损，可通过检测断路器回路电阻值选择质量合格的断路器。此外，在判断断路器触头系统是否失效時，也可根据导电回路电阻变化量进行判断。

三、预防低压断路器触头烧损的措施

通过上述试验分析得知，引起断路器触头烧损的原因在于断路器内部过热，而断路器内部过热的原因主要有：断路器触头材质质量不合格；断路器触头的载流能力较低；弹簧压力不足导致触头压紧力不足；触头表面存在明显氧化现象，接触面电阻增加，进而导致触头过热烧损。结合断路器触头烧损的原因，为预防此类事故的再次发生，具体可采取以下措施。

（一）改进触头材质

为预防断路器接触电阻较大而引起触头烧损，可通过改进动静触头材质的方式来预防。具体应结合实际情况选择适应的触头材质。在选择断路器触头材质时，要充分考虑其导电性、耐磨性、耐熔焊性，选择具有较高的分断能力、较强的耐电弧能力、良好的抗熔焊性及温升低的特性的触头。断路器触头一般是银触头，也有一些镀银触头，但电流稍微大一些就容易损坏，虽然纯银具有良好的导电性，但并不耐电弧烧灼，且气化的银离子会降低触头间绝缘介质恢复的速度，相对来说，触头的耐电弧性能要比导电性更为重要。因此，在选择低压断路器触头时，可选择由铜镉、铜钨、铋铝等材料制成的触头。

（二）增加触头的接触面积

通过对断路器触头温升试验后发现，触头烧损是接触电阻较大引起的事故。对此，可通过增加动静触头的接触面积减少电阻，进而降低触头温升品质。动静触头的接触面积，相当于导线的截面积，具体需要通过电流大小来决定。在低压断路器触头系统中，触点允许通过电力与触点材料、触点闭合度紧密相关，甚至与分断力有关。因此，在设计时要统筹考虑，使用者应当按照实际需求设计。

（三）更换弹簧等附件

由于弹簧压力不足，使得动触头压紧力不足，进而使断路器内部过热引起烧损。对此，有必要通过更换弹簧等附件的方式提升动触头的压紧力，以避免断路器内部过热。

四、结果与结论

通过采取上述措施对风电场低压断路器触头及弹簧等附件升级改造，改造后的断路器重新投入使用后并无异常，也未出现触头烧损的故障，这说明上述采取的预防措施可行。

本文结合具体的实例，深入剖析风电场中断路器触头烧损的具体原因，主要是通过温升试验和电阻测量，找到断路器触头烧损的关键原因。试验结果得知，低压断路器触头烧损的主要原因是断路器内部过热引起。断路器温升品质与触头电阻之间密切相关，在接触电阻越大的情况下，其温升效果越高，可通过对断路器导电回路电阻测试，判定断路器是否稳定的依据。

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