李銳騰 杜松懷 蘇 娟 丁翠娥
(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院,北京100083;2.北京電力科學(xué)研究院,北京100075)
某日17:38,某110kV站211某路接地。20min后發(fā)現(xiàn)該路1#開閉器計量柜燒毀,故障指示器燈亮,L2單相接地。18:20,拉開1# 開閉器201、211、212,合上201-7、211-7、212-7接地刀閘。
氣候陰冷潮濕,該路1#開閉器室內(nèi)凝霜結(jié)露極為嚴(yán)重,金屬底板銹蝕嚴(yán)重。
對同一分界小室內(nèi)的3組開關(guān)柜分別進(jìn)行了絕緣電阻遙測和交流耐壓試驗,并測量柜間母線插接部位直阻。非故障開關(guān)間隔絕緣電阻遙測和交流耐壓試驗結(jié)果如表1、2所示,柜間母線插接部位回路電阻如表3、4所示。
表1 絕緣電阻試驗 單位:MΩ
表2 交流耐壓試驗
表3 215開關(guān)柜和計量柜之間電阻 單位:μΩ
表4 211開關(guān)柜和計量柜之間電阻 單位:μΩ
由試驗結(jié)果可見:開關(guān)柜絕緣耐壓性能合格,但柜間母線插接部位回路電阻偏高。特別是B相電阻,普遍比其他兩相電阻值大。
放電原因分析:根據(jù)故障部位狀態(tài)及解體結(jié)果可知,箱內(nèi)、柜體凝霜結(jié)露極為嚴(yán)重,露水順柜壁流到柜間母線插頭位置。
接頭結(jié)構(gòu)分析:兩柜3個觸頭連接部分有一個凹面,是給硅橡膠套管密封圈留的。因為插頭的連接只靠上下2個定位裝置擠壓,而插頭定位裝置只有上下兩點有2個硬金屬面,上下兩點捏緊了,中間反而鼓肚。即使不鼓肚,中間B相插頭沒有定位銷夾緊,密封圈和柜面之間只是平擺浮擱,沒有任何密封膠,一旦有細(xì)小縫隙,潮氣水珠就會浸入插頭,并順著硅橡膠套管的斜面直至插頭斷面。從插頭結(jié)構(gòu)圖上看,插頭斷面處金屬觸頭到硅橡膠套管壁的空氣間隙只有10mm,從金屬柜板到插頭斷面爬電距離約60mm,而套管觸頭到接地柜板整體面爬電距離約100mm。根據(jù)國標(biāo)GB3906—1991規(guī)定,相間、相對地間加設(shè)絕緣板時,額定電壓10kV時,空氣凈距離不小于60mm,若采用絕緣材料絕緣,除滿足絕緣水平外,還應(yīng)滿足爬電距離,爬電比距不小于14mm/kV。
根據(jù)試驗結(jié)果、柜間母線插接頭結(jié)構(gòu)及故障部位解體分析推測:柜體凝霜結(jié)露極為嚴(yán)重,露水順柜壁流到柜間母線插頭位置。B相插頭硅橡膠絕緣套管密封不嚴(yán),導(dǎo)致B相插頭經(jīng)過硅橡膠絕緣套管長時間對柜體放電,造成硅橡膠絕緣套管碳化燒毀,直至單相接地短路。
開關(guān)柜運(yùn)行條件惡劣,柜體凝霜結(jié)露極為嚴(yán)重是設(shè)備故障的誘因。柜間母線插頭定位裝置設(shè)計不合理,造成插頭硅橡膠絕緣套管密封不嚴(yán),爬電距離不夠,造成B相對柜體放電,最終導(dǎo)致相對地短路故障。
其他原因還有設(shè)備維護(hù)不到位致使開關(guān)柜運(yùn)行環(huán)境惡劣,開關(guān)柜設(shè)計不合理,去濕、干燥設(shè)施未能正常運(yùn)行,施工過程中電纜進(jìn)線口封堵不嚴(yán),開關(guān)柜母線排安裝端口與接地的金屬柜板太近且母線端口尖利,雖然滿足正常條件下室內(nèi)安裝的最小安全距離,但不滿足GB3906—1991嚴(yán)酷氣候條件下對金屬封閉開關(guān)柜的附加要求或類似戶外條件的最小安全距離。且母線端口尖利,在開關(guān)柜嚴(yán)重受潮、母線室凝霜結(jié)露極為嚴(yán)重的條件下,三相母線端口均對接地的金屬柜板尖端放電。在上述幾種因素的綜合作用下,相間及相對地絕緣喪失,最終導(dǎo)致裸露的母線發(fā)生相間短路故障。
(1)已投運(yùn)設(shè)備,須對柜間母線插頭的接觸狀態(tài)和絕緣護(hù)套密閉狀態(tài)進(jìn)行檢查。加強(qiáng)現(xiàn)有運(yùn)行設(shè)備的巡視,增加潮濕季節(jié)、惡劣天氣的特巡工作,以便發(fā)現(xiàn)問題及時處理。(2)對于易凝露設(shè)備建議采取封堵及防潮、通風(fēng)措施。(3)建議對同廠家同型號的產(chǎn)品柜間母線插頭設(shè)計進(jìn)行改造。
(1)電氣設(shè)備的安全距離不夠。對于開關(guān)柜絕緣的要求主要體現(xiàn)在3個方面:最大耐受電壓、最小空氣絕緣距離和爬電比距。在開關(guān)柜運(yùn)行過程中,爬距及空氣間隙不夠是導(dǎo)致開關(guān)柜絕緣損壞事故發(fā)生的主要原因。工作人員需學(xué)習(xí)相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn),并采取相應(yīng)措施保證安全距離達(dá)標(biāo)[1]。(2)加工質(zhì)量差,做工粗糙。在電力設(shè)備生產(chǎn)中使用的低質(zhì)量產(chǎn)品破壞了設(shè)備的絕緣性能。對于開關(guān)柜,加工質(zhì)量水平及裝配切合度在很大程度上決定了其整體耐壓水平。比如說一般的10kV開關(guān)柜主回路或聯(lián)絡(luò)橋銅排規(guī)格不同,其可通過增加冷縮管、熱縮管等絕緣層來提高安全性。當(dāng)開關(guān)柜處在高壓、高負(fù)荷環(huán)境中時,其銅排往往會受到一定程度的損壞,破壞絕緣層的性能,造成一次相間直接放電事故。
開關(guān)柜安裝工藝不良,會給設(shè)備帶來很大的安全隱患,比如在安裝過程中出現(xiàn)電纜絕緣層損壞、未排盡電纜頭內(nèi)部氣體、電纜屏蔽層接地不良從而形成環(huán)流等安全隱患。除了安裝,在設(shè)備檢修過程中也容易出現(xiàn)個別母排連接螺栓固定不牢固,運(yùn)行后連接處發(fā)熱,從而造成整段母線以及各出線強(qiáng)迫停電的情況。
外在條件對于開關(guān)柜的長期運(yùn)行具有很大影響,環(huán)境因素往往會限制開關(guān)柜的穩(wěn)定安全運(yùn)行。比如當(dāng)開關(guān)柜內(nèi)外溫差過大或空氣濕度超過允許范圍時,開關(guān)柜內(nèi)部會出現(xiàn)凝露。在凝露的情況下,電氣設(shè)備的擊穿電壓會降低,絕緣材料性能也會下降,從而導(dǎo)致開關(guān)柜放電事故更易發(fā)生。此外,運(yùn)行環(huán)境中的污穢也會導(dǎo)致開關(guān)柜絕緣體表面發(fā)生閃絡(luò)放電。
斷路器是10kV開關(guān)柜中的一次主體設(shè)備,其在運(yùn)行過程中要面臨大電流、高電壓等,而這些會影響到開關(guān)設(shè)備的工作狀態(tài):(1)當(dāng)開關(guān)柜體部分機(jī)械強(qiáng)度不夠時,如有短路電流經(jīng)過開關(guān),其在電動力的作用下會導(dǎo)致開關(guān)柜柜體與開關(guān)之間發(fā)生一定程度的位移,并導(dǎo)致觸頭間的接觸電阻快速升高,從而產(chǎn)生電弧,甚至發(fā)生爆炸。(2)靜觸頭或動觸頭在長時間的使用過程中會由于機(jī)械磨損而導(dǎo)致接觸點或接觸面減小,導(dǎo)致觸頭間接觸不良。(3)設(shè)備安裝時操作不當(dāng)會破壞整體結(jié)構(gòu)的完整性,比如動觸頭插入不標(biāo)準(zhǔn)、接觸電阻過大,會引起不同的故障問題。(4)操作過程中的拒動和誤動等均會導(dǎo)致開關(guān)柜故障的發(fā)生,如操動機(jī)構(gòu)和傳動系統(tǒng)機(jī)械故障導(dǎo)致卡澀、部件變形或脫扣失靈等,以及電氣控制和輔助回路故障導(dǎo)致保護(hù)裝置難以正常運(yùn)行等。
為保證開關(guān)柜安全穩(wěn)定運(yùn)行,需多方采取安全有效的技術(shù)措施,通過提高開關(guān)柜絕緣安全裕度,確保其安全穩(wěn)定、節(jié)能經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行。
(1)提高絕緣性能。要定期檢查開關(guān)柜的絕緣性能。對于最易出現(xiàn)絕緣問題的部位應(yīng)及時進(jìn)行處理。特別是對于穿柜套管,必須采用具有優(yōu)良的阻燃性和憎水性的環(huán)氧樹脂材料,同時還應(yīng)加設(shè)具有屏蔽均壓設(shè)計的絕緣件;對于柜間母線插頭的接觸狀態(tài)及絕緣護(hù)套的密閉狀態(tài)也應(yīng)定期進(jìn)行檢查;必要時可通過加裝絕緣套管或絕緣膠帶來提升接口處的絕緣性能。應(yīng)在開關(guān)柜投入運(yùn)行前測量和驗證其電氣安全距離,如開關(guān)柜內(nèi)部導(dǎo)體相間及相對地空氣絕緣凈距等,以防廠家設(shè)計的開關(guān)柜絕緣安全距離不達(dá)標(biāo)引發(fā)相間短路。
(2)改善開關(guān)柜的驅(qū)潮能力。改善開關(guān)柜內(nèi)部的潮濕狀況,可以在滿足最小電氣空氣間隙的位置加裝加熱器,并在開關(guān)柜底部與頂部設(shè)置進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口,使得柜外的空氣在進(jìn)入開關(guān)柜進(jìn)行加熱后,通過設(shè)置在開關(guān)柜頂部的排風(fēng)口排出柜外,從而有效消除柜內(nèi)凝露,也有利于柜內(nèi)散熱。運(yùn)營單位還需定期對開關(guān)柜內(nèi)部的潮濕情況進(jìn)行檢測,凝露嚴(yán)重時及時開展加熱除濕工作。對于排查困難的開關(guān)柜設(shè)備可以在內(nèi)部安裝智能測溫除濕模塊,以有效提高監(jiān)測效率,預(yù)防事故發(fā)生。
(3)提高安裝調(diào)試水平。開關(guān)柜的安裝調(diào)試在很大程度上決定了其是否能夠正常工作。為此,需加強(qiáng)對相關(guān)工作人員的培訓(xùn)和考察,確保安裝調(diào)試人員技術(shù)過關(guān)。
(4)保證良好的運(yùn)行環(huán)境。及時檢查開關(guān)柜內(nèi)加熱除濕裝置,保證其處于正常工作狀態(tài);對孔洞進(jìn)行封堵,防止潮氣進(jìn)入柜內(nèi);高壓室里的通風(fēng)窗及抽風(fēng)裝置應(yīng)加裝網(wǎng)柵或濾網(wǎng),達(dá)到減少進(jìn)入室內(nèi)的塵埃、凈化通風(fēng)的目的;加強(qiáng)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù),要做到逢停必掃,保證絕緣狀態(tài)良好。
(5)重視開關(guān)柜的預(yù)防性試驗。要重視開關(guān)柜及內(nèi)部設(shè)備的預(yù)防性試驗,通過預(yù)防性試驗可以有效判斷開關(guān)柜的運(yùn)行情況。同時要注意,在預(yù)防性試驗過程中要遵循相應(yīng)的規(guī)程規(guī)范,假如試驗得到的數(shù)據(jù)存在異常,需對其進(jìn)行詳細(xì)分析并結(jié)合以往的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比論證,以得出可靠的結(jié)論。此外,結(jié)論的得出也不能只依靠一組數(shù)據(jù),必須綜合分析多組數(shù)據(jù)來判斷和確定開關(guān)柜存在的安全隱患。在進(jìn)行預(yù)防性試驗后,需按時完成開關(guān)柜的復(fù)原工作,在復(fù)原過程中要注意柜內(nèi)接觸點和接觸面的良好,避免出現(xiàn)一些接觸不良引起的異常發(fā)熱問題[2]。
(6)加強(qiáng)開關(guān)柜的巡視維護(hù)。10kV開關(guān)柜運(yùn)行效率的提高及故障率的降低離不開日常維護(hù)和檢修鞏固。在進(jìn)行日常巡視時,要特別注意開關(guān)柜的門和面板是否鎖緊,注意開關(guān)柜內(nèi)部的前上柜、前下柜、后柜的臟污情況和是否有異物存在。在進(jìn)行檢修時,要認(rèn)真做好隔室的清掃任務(wù),確保無異物、無臟塵。在實際的檢修和維護(hù)中,應(yīng)特別關(guān)注開關(guān)柜內(nèi)部設(shè)備觸頭的檢查維護(hù),要做到定期查看,保證觸頭部分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,沒有松動及脫落。同時檢查觸頭外觀,觀察是否發(fā)生氧化變色,檢查觸頭和觸頭片表面的光滑程度。在驗收和維護(hù)的工作完成后,應(yīng)對開關(guān)柜一、二次電纜的進(jìn)線處(特別是二次電纜進(jìn)線間的縫隙)和其他多余的孔洞的封堵情況進(jìn)行檢查,確保封堵完整有效。
10kV開關(guān)柜具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、操作可靠等優(yōu)點,其在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用給生產(chǎn)、運(yùn)行、檢修和維護(hù)帶來了極大的便利及穩(wěn)定安全的保障。但我們也應(yīng)該看到,對于開關(guān)柜的防凝露、防異物等雖然已強(qiáng)調(diào)多年,但在實際運(yùn)行中仍然存在許多不足。我們必須重視這些問題,并結(jié)合配網(wǎng)自動化及最新的開關(guān)柜智能化技術(shù),分析思考并找到相應(yīng)的改進(jìn)措施,才能更好地保障電網(wǎng)的安全生產(chǎn)。
[1]褚建平.淺析10kV高壓開關(guān)柜故障原因及防范措施[J].民營科技,2012(12)
[2]吳凌鸝.10kV開關(guān)柜常見故障綜述[J].農(nóng)村電氣化,2014(11)