隨著經濟的發(fā)展，用電需求的快速增加，配電網的負荷越來越重。開關柜是配電網中重要的開關設備，維系著配電網的安全穩(wěn)定性。過重的負荷給開關柜帶來了嚴重的發(fā)熱問題，異常的溫升可能會導致開關柜異常狀態(tài)運行產生故障甚至發(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柜溫升的重要因素。

開關柜中的接觸電阻主要存在于梅花觸頭與靜觸頭的搭接點、斷路器真空滅弧室內的動靜觸頭以及電流互感器與母線的連接部位。從工程經驗來看，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致梅花觸頭磨損，造成接觸電阻增大致使發(fā)熱更加嚴重，溫升的增加又加劇接觸面氧化腐蝕[1]，導致接觸電阻進一步增加，形成惡性循環(huán)。

目前針對開關柜溫升特性已開展了大量研究工作。賈文卓仿真計算了40.5kV高壓開關柜在一定負荷電流下母排的溫升情況，發(fā)現三相觸頭附近溫升最高，接觸部位是重要的熱源[2]。

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

李晶等針對1250A額定電流開關柜梅花觸頭進行了仿真和實驗研究，發(fā)現觸頭接觸不良會導致母線溫度分布梯度變大[6]。王秉政等針對XGN2型開關柜開展了額定電流運行時不同接觸電阻對開關柜溫度場分布影響的仿真研究，隔離開關旋轉觸頭、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[1]。

綜上所述，現階段的研究大多忽視了負荷與室溫的變化對于開關柜溫升特性的影響，而對于接觸電阻的研究普遍較為粗略，且缺少溫升實驗對開關柜整體溫度分布特性的佐證。

因此，本文針對KYN-28型4000A大電流開關柜進行建模仿真，通過理論計算獲得梅花觸頭與靜觸頭搭接點接觸電阻，研究不同負荷和環(huán)境溫度下，開關柜溫度分布規(guī)律，并通過溫升實驗驗證了仿真模型的合理性。隨后針對開關柜各部位接觸電阻的增加對于開關柜整體溫度分布特性的影響進行了研究。基于此模型可開展溫升預測的研究工作，為測溫傳感器的布置方案提供理論依據，研究結果也有望為大電流開關柜運維計劃提供理論指導。

圖4 開關柜溫度分布圖

圖5 梅花觸頭溫度傳感器布置情況

結論

本文對典型的KYN-28型4000A大電流開關柜型進行了溫度場仿真研究，著重計算了負荷電流、室溫以及接觸電阻對于溫度分布特性的影響，并通過溫升實驗驗證了模型的合理性。研究結果可為開關柜溫升在線監(jiān)測以及大電流開關柜運維方案的設計提供理論參考。以下是相關結論：

1）對于4000A大電流開關柜，大負荷運行帶來較高的溫升，當負荷增加至約3250A時，開關柜內部梅花觸頭溫升已超出相關標準規(guī)定上限，須及時采取強制散熱措施。室溫同樣大幅度影響著開關柜內部溫升，環(huán)境溫度的改變對于上方母線及觸頭影響更大，在3000A負荷下，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負荷下，上方梅花觸頭處接觸電阻增大10倍，會導致其自身溫升增加180℃。且負荷越大，接觸電阻對溫升的影響越大。斷路器真空滅弧室內動靜觸頭接觸電阻的增加對于整體溫升影響相對較小。

3）通過仿真及實驗發(fā)現電流互感器也是開關柜內部發(fā)熱較為嚴重的部位，若安裝不當使得接觸不良，則會造成較高的溫升，危及開關柜正常運行。在設計開關柜溫度監(jiān)測系統時，根據情況可將此部件的溫升監(jiān)測納入設計方案中。