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变电站10kV开关柜的故障分析及措施


变电站 10kV 开关柜的故障分析及措施
发布日期:2012-04-29 来源:互联网 作者:本站采编部 浏览次数:495

核心提示:近年来,随着电网改造力度的加大,电网设备质量有所提高,事故有所降低。但目前由于 在设计、制造、安装和运行维护方面存在着不同 近年来,随着电网改造力度的加大,电网设备质量有所提高,事故有所降低。但目前由于在设 计、制造

、安装和运行维护方面存在着不同程度的问题,10kV 开关柜仍存在绝缘等级差、防护等级 不符合要求、防爆能力不足等安全隐患。

1、高压开关柜事故分析 高压开关柜是使用极广、数量最多的开关设备,发生故障时造成的后果也很严重,而且往往一台 开关柜出现故障, 会出现殃及整段母线或相邻开关柜。 高压开关柜故障原因分析主要有以下几个方面: (一)绝缘等级差 (1)爬距及空气间隙不够。爬距及空气间隙不够是开关柜发生绝缘损坏事故的根本原因。特别是手 车柜,为缩短柜体尺寸,生产单位往往大幅度地减小装于柜内的断路器,隔离插头相间距离或对地距 离,未采取有效的保证绝缘强度的措施。 (2)制造质量差,工艺不良。制造质量及装配质量对开关柜整体耐压水平有很大的影响。如开关柜 内的有些元件可以通过耐压试验,但开关柜整体却通不过,原因是装配质量差。如紧固螺丝不规则, 拧紧后螺杆长出螺母过多;有的支持瓷柱紧固底板成“丁”字型,在支持瓷柱处作特殊处理,这样不仅 缩短了绝缘距离,而且造成电场局部集中。另外支持瓷柱质量差,稳定性能差,在短路电流冲击下发 生断裂,造成事故扩大。 (3)接点容量不足或接触不良,发热导致开关柜起火。当接点容量不足或接触不良时,该处局部温 度升高,严重时烧断该处载流部,引起对地或相间闪弧,造成绝缘闪络。 (4)环境条件的影响。开关柜运行的环境条件差是导致开关柜发生绝缘闪络的主要原因,例如当大 气污染不断加剧,就会逐渐污染电力设备的绝缘子、套管及母线。分析多年来污闪事故,总结出发生 污闪的原因主要有二:第一是污秽和潮湿两个因素同时存在于绝缘子的表面,灰尘附在绝缘子表面, 在干燥的时候绝缘电阻仍然很高,所以在干燥气候下不发生污闪。清洁的水电阻也很高,如果绝缘子 不脏污,它虽然受潮了,但绝缘强度仍很高,这时也不发生污闪。一般情况下,干旱气候持续的时间 较长,绝缘子及母线积污多了。这时又突然下雾,而下雾的时间较长(一般 2~3h),污秽被雾水充分 地潮湿, 此时产生污闪的可能性较大。 第二是绝缘子串的泄漏距离偏小, 不能适应污秽和潮湿韵环境。 污闪是在绝缘电阻下降、泄漏电流增大到一定程度时才发生的。在同样的污染受潮和同样的电压下, 如果绝缘子的泄漏距离较长,泄漏电流增长就比较快,泄漏距离越长,电弧的弧径就越长,闪络就难 以发生。如果绝缘子的泄漏距离小,放电容易跨接两端电极,从而发生闪络。 (5)雷击过电压造成开关柜闪络。在电力系统中,由雷云放电引起过电压造成开关柜放电的事情时 有发生,根据其产生的原因,雷击过电压通常大致分为直击雷过电压和感应过电压,有关雷击过电压 将在后面阐述。 (二)防爆、防护能力不足

(1)高压开关柜顶部设计有泄压通道,分别是电缆室、母线室及开关室三个泄压通道,但部分开关 柜安装时存在柜顶泄压通道未采用一侧用塑料螺丝紧固而是全用铁螺丝锁死、 塑料螺丝与铁螺丝安装 方向相反、 固定螺丝不规范等问题, 导致当柜内短路时, 电弧产生高压蒸气无法从泄压通道充分排出, 压力瞬间将达到很高值,并从封闭式开关柜中薄弱的地方冲出,对人身和设备造成危害。 (2) 目前开关柜面板开孔大致有几种情况:开关小室观察孔、电缆小室观察孔、开关分合指示观 察孔、散热孔、微机五防锁扣、紧急解锁孔、柜面板照明孔洞等。这些孔洞的存在,极大降低了开关 柜的防护等级要求。 (3)站用变柜等开关室与电缆室之间的通风散热孔、泄压通道尺寸小,造成站变故障时高温蒸气无 法将压力充分释放并串入熔断器小室,扩大故障范围。 (4)开关柜前、后柜门螺丝在检修后未锁紧,造成防爆能力不符合要求。 (三)小动物短路 (1)高压开关柜其电缆层、开关层、保护仪表层二次电缆孔相互连通,一次电缆孔洞通往电缆沟, 若封堵不严密,小动物会通过一、二次电缆孔洞进入柜内,引发放电或短路故障。 (2)高压开关柜内各元器件未采用绝缘材料包封,小动物或异物进入开关柜内易造成设备短路。

2、10kV 电网中常见的过电压 (1)电压互感器饱和过电压。 这种过电压是 10kV 电网最常见的现象, 它的表现形式可能是两相(基 波时)或三相(指波时)对地电压升高, 或相电压以低频 1 次/s 摆动(分次谐波时), 引起绝缘破坏或避 雷器爆炸(高次谐波时),或引起虚幻的现象,会在电压互感器中引起过电流使熔丝熔断或电压互感器 烧坏。饱和过电压在中点不接地系统中可达 4.0 倍以上,可引起瓷绝缘对地闪络。 (2)电容传递过电压。两种电压等级的电网,例如 35kV 和 10kV,l10kV 和 10kV,通过 2 条平 行线之间的电容耦合或通过变压器高低压绕组的耦合,一个电网的零序电压全传递到另一个电网中。 在中性点不接地的电网中,这种电容传递过电压是经常发生的。如果处于谐振范围,则会产生很高过 电压。特别是当 l10kV 一相接地时,若变压器中性点不接地,在 l10kV 出现的零序电压会使 10kV 侧在瞬时出现很高的过电压。 (3)断线谐振过电压。在中性点不接地电网中,断线曾引起多次过电压事故,断线过电压只在受电 变压器空载或轻载下才发生,主要是受电端变压器铁芯电感与断线对地电容形成串联回路,谐振以基 波为主。 (4)雷击过电压。 ①直击雷过电压。所谓雷击过电压是指雷电直接击中输电线路等电力设备所产生的过电压。例如, 对地电压高达几百兆伏的雷云,它的电荷突然直接对输电线路的导线放电,这种异常高的电压从落雷 地点以行波的形式沿导线向两端传输, 所到之处就出现过电压。 此外雷电击中杆塔或落在避雷线上时, 大量的电荷经过避雷线、杆塔、接地电阻流人大地,巨大的电流沿途产生很大的电压降,使避雷线和 杆塔的电位上升,与输电线路形成一个很高的电位差。当电位差足以使其间的绝缘发生击穿时,就在 输电线上产生过电压,并以行波的形式向导线两端传播。 ②感应过电压。感应过电压是指雷击中电力设备附近的物体,或者雷云在输电线路上空放电时,在 输电线路上引起的过电压。由于导线附近遭受雷击,大量的雷电电流沿通道流入大地产生迅速变化的

电磁场,这个电磁场也能使导线遭受电磁感应而产生过电压。雷电过电压的特点:持续时间很短,一 般仅 10μs;它是单极性的,直击雷多数是负极性,而感应电压多数是正极性;雷击过电压的峰值很 高,可达数千千伏。它有可能引起导线对地或相邻两相的绝缘发生闪络,且行波进入变电所致使开关 绝缘击穿,产生放电现象。

3、开关柜提高绝缘性能、防爆防护等级的措施 (一)提高绝缘性能措施 开关柜接入电网后,必须同时承受工作电压的作用。如果由于元件质量不好,与电网某些参数不利的 组合,又会加剧运行条件恶化。因此,开关柜生产制造中,应特别注意绝缘性能,以减少运行中绝缘 事故的发生。对绝缘件的设计,除需满足必要的机械强度外,最根本的是应承受规定的电压(见 GB1 408《固体绝缘材料工频电气强度试验方法》)。因此,可采取以下一些措施: (1) 高压开关柜内的绝缘件(如绝缘子、套管、隔板和触头罩等)应采用阻然绝缘材料(如环氧 或 SMC 材料),严禁采用酚醛树脂、聚氯乙烯及聚碳酸脂等有机绝缘材料。 (2)一定要按部颁标准的要求,带电体对地距离不小 125mm。这个距离虽比过去 100mm 的要 求有所提高,然而这是最低要求。125mm 不对称间隙的工频耐受电压约为 49kV(最大值),而在不 利的情况下,电容传递过电压最大值有可能高达 63kV(最大值),可见这个间隙距离是不够的。 (3)应充分注意元件选择,特别是电压互感器,要选择伏安特性较好的产品,即在线电压下无显著 饱和的电压互感器。同时,对于隔板等,应选用绝缘性能好,不燃烧或阻燃的绝缘材料。 (4)提高外绝缘的泄漏比距。泄漏比距是衡量防污闪能力的重要参数。在有关规定中,对普通地区 要求不小于 1.2cm/kV,然而福建省运行经验表明,这个数值偏小。福建省位于亚热带潮湿地区, 湿度大。10kV 开关虽处于室内,但并不能消除飘尘的沉积,考虑到大气环境条件日趋恶化,10kV 开关柜的外绝缘泄漏比距应选为 20.6cm/kV 以上为宜。 (5)在有条件时,开关柜外绝缘建议进行凝露条件下的耐压试验。这是开关柜适应环境条件的一个 非常得力的措施,希望制造厂家能予以考虑。 (6)对一些老的开关柜,增大空气间距及泄漏比距有困难时,宜从改善环境条件人手,应在开关室 室配置通风、防潮设备和湿度计,在开关柜配置温湿度控制器,并在梅雨、多雨季节或运行需要时启 动,防止凝露导致绝缘事故。 (7)加强开关柜清扫,要执行“逢停即扫”的原则。 (8)有条件时,开关柜内带电体尽量采用热缩,对提高运行水平很有利。 (9)结合元件复合化(组合式)设计及元件集中化装配,设计出相适应的绝缘方案,如目前 KYN 柜 中互感器套管触头盒、绝缘子的组合结构所需的绝缘配合。 (10)改进工艺,在中压开关柜专用配件方面,更广泛地采用新型配方的环氧树脂绝缘件。 (二)提高防护、防爆能力措施 (1)更换开关柜泄压通道顶盖固定螺丝, 使得当柜内短路时, 电弧会冲断相应分室的顶盖塑料螺丝, 使顶盖折起开放压力释放通道(同时顶盖一侧有铁螺丝固定不至于飞出去)。应当注意的是泄压通道 顶盖缺口对侧应更换为塑料螺丝(缺口侧仍用铁螺丝固定),用工具将原铁螺丝旋出后改用塑料螺丝 锁紧。 (2)除开关小室观察孔、电缆小室观察孔和开关分合指示观察孔外,一般不得在开关柜面板随意开

孔,避免造成开关柜不符合 IP4X 防护要求。 (3)增大开关柜电缆室释压通道, 将开关柜后封板向后扩大 30mm,同时在柜后离地 1.8 米以上处 向后扩大 400mm,按 45 度向上过渡,将电缆室释压通道由 100mm 增加到 500mm;同时将站用 变柜等开关室与电缆室之间的通风散热孔密封处理。对新建站变柜将站变柜设在主变进线柜侧,加深 柜体尺寸,由原 1.5 米改为 1.7 米,以改善站变柜内的站变室的压力释压通道尺寸及散热条件。 (4)巡视时或工作结束后注意检查开关柜前、后柜门螺丝是否锁紧。 (三)防小动物短路措施 (1)高压开关柜安装时,应将开关柜电缆层、开关层、保护仪表层一次和二次电缆孔完全封堵, 防止小动物通过电缆孔洞进入柜内,引发放电或短路故障。开关柜及电缆验收时应注意检查防小动物 封堵。 (2)高压开关柜内母线及各支引线宜采用可靠的绝缘材料包封,以防止小动物或异物造成母线短 路。

4、结束语 开关柜的运维、检修工作任重道远,随着开关柜性能的不断完善,设计不断改进,其运行维护、 检修水平的要求将不断提高,只有对其保持不断的探索和研究才能确保人身、电网和设备的安全。


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