隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，用電需求的快速增加，配電網(wǎng)的負(fù)荷越來越重。開關(guān)柜是配電網(wǎng)中重要的開關(guān)設(shè)備，維系著配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性。過重的負(fù)荷給開關(guān)柜帶來了嚴(yán)重的發(fā)熱問題，異常的溫升可能會(huì)導(dǎo)致開關(guān)柜異常狀態(tài)運(yùn)行產(chǎn)生故障甚至發(fā)生爆炸，危及人身安全和造成大停電事故。

開關(guān)柜的溫升與回路電阻的大小密不可分，而接觸電阻是回路電阻的主要組成部分，因此接觸電阻的大小是影響開關(guān)柜溫升的重要因素。

開關(guān)柜中的接觸電阻主要存在于梅花觸頭與靜觸頭的搭接點(diǎn)、斷路器真空滅弧室內(nèi)的動(dòng)靜觸頭以及電流互感器與母線的連接部位。從工程經(jīng)驗(yàn)來看，梅花觸頭部位最易發(fā)生過熱故障，這是由于斷路器手車的頻繁操作導(dǎo)致梅花觸頭磨損，造成接觸電阻增大致使發(fā)熱更加嚴(yán)重，溫升的增加又加劇接觸面氧化腐蝕[1]，導(dǎo)致接觸電阻進(jìn)一步增加，形成惡性循環(huán)。

目前針對(duì)開關(guān)柜溫升特性已開展了大量研究工作。賈文卓仿真計(jì)算了40.5kV高壓開關(guān)柜在一定負(fù)荷電流下母排的溫升情況，發(fā)現(xiàn)三相觸頭附近溫升最高，接觸部位是重要的熱源[2]。

徐立群等仿真計(jì)算一定室溫下額定負(fù)荷電流運(yùn)行的KYN28A-12型開關(guān)柜溫度場(chǎng)，但未考慮開關(guān)柜中的接觸電阻[3]。任君鵬等和張煒等針對(duì)KYN-28型開關(guān)柜進(jìn)行了一定室溫和負(fù)荷下溫度場(chǎng)仿真，將接觸電阻的影響體現(xiàn)在發(fā)熱功率的設(shè)置中，開關(guān)柜在4000A負(fù)荷下最大溫升約57℃[4-5]。

李晶等針對(duì)1250A額定電流開關(guān)柜梅花觸頭進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)觸頭接觸不良會(huì)導(dǎo)致母線溫度分布梯度變大[6]。王秉政等針對(duì)XGN2型開關(guān)柜開展了額定電流運(yùn)行時(shí)不同接觸電阻對(duì)開關(guān)柜溫度場(chǎng)分布影響的仿真研究，隔離開關(guān)旋轉(zhuǎn)觸頭、斷路器觸頭、母線壓接接頭處溫升隨該部分接觸電阻的增加呈線性增大趨勢(shì)[1]。

綜上所述，現(xiàn)階段的研究大多忽視了負(fù)荷與室溫的變化對(duì)于開關(guān)柜溫升特性的影響，而對(duì)于接觸電阻的研究普遍較為粗略，且缺少溫升實(shí)驗(yàn)對(duì)開關(guān)柜整體溫度分布特性的佐證。

因此，本文針對(duì)KYN-28型4000A大電流開關(guān)柜進(jìn)行建模仿真，通過理論計(jì)算獲得梅花觸頭與靜觸頭搭接點(diǎn)接觸電阻，研究不同負(fù)荷和環(huán)境溫度下，開關(guān)柜溫度分布規(guī)律，并通過溫升實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了仿真模型的合理性。隨后針對(duì)開關(guān)柜各部位接觸電阻的增加對(duì)于開關(guān)柜整體溫度分布特性的影響進(jìn)行了研究?；诖四Ｐ涂砷_展溫升預(yù)測(cè)的研究工作，為測(cè)溫傳感器的布置方案提供理論依據(jù)，研究結(jié)果也有望為大電流開關(guān)柜運(yùn)維計(jì)劃提供理論指導(dǎo)。

圖4 開關(guān)柜溫度分布圖

圖5 梅花觸頭溫度傳感器布置情況

結(jié)論

本文對(duì)典型的KYN-28型4000A大電流開關(guān)柜型進(jìn)行了溫度場(chǎng)仿真研究，著重計(jì)算了負(fù)荷電流、室溫以及接觸電阻對(duì)于溫度分布特性的影響，并通過溫升實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的合理性。研究結(jié)果可為開關(guān)柜溫升在線監(jiān)測(cè)以及大電流開關(guān)柜運(yùn)維方案的設(shè)計(jì)提供理論參考。以下是相關(guān)結(jié)論：

1）對(duì)于4000A大電流開關(guān)柜，大負(fù)荷運(yùn)行帶來較高的溫升，當(dāng)負(fù)荷增加至約3250A時(shí)，開關(guān)柜內(nèi)部梅花觸頭溫升已超出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定上限，須及時(shí)采取強(qiáng)制散熱措施。室溫同樣大幅度影響著開關(guān)柜內(nèi)部溫升，環(huán)境溫度的改變對(duì)于上方母線及觸頭影響更大，在3000A負(fù)荷下，室溫從10℃變化到30℃可使梅花觸頭溫升增加約10℃～15℃。

2）梅花觸頭等部件處的接觸電阻是影響溫升的重要因素。梅花觸頭與靜觸頭搭接點(diǎn)接觸電阻的增加較大幅度影響上下方梅花觸頭及母線溫升，在3000A負(fù)荷下，上方梅花觸頭處接觸電阻增大10倍，會(huì)導(dǎo)致其自身溫升增加180℃。且負(fù)荷越大，接觸電阻對(duì)溫升的影響越大。斷路器真空滅弧室內(nèi)動(dòng)靜觸頭接觸電阻的增加對(duì)于整體溫升影響相對(duì)較小。

3）通過仿真及實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電流互感器也是開關(guān)柜內(nèi)部發(fā)熱較為嚴(yán)重的部位，若安裝不當(dāng)使得接觸不良，則會(huì)造成較高的溫升，危及開關(guān)柜正常運(yùn)行。在設(shè)計(jì)開關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)情況可將此部件的溫升監(jiān)測(cè)納入設(shè)計(jì)方案中。