10kV_KYN型開關(guān)設(shè)備在運行中存在的問題及解決方案

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摘 要 本文以電力系統(tǒng)中廣泛采用的10kV交流金屬封閉鎧裝移開式高壓開關(guān)設(shè)備為例,結(jié)合實際工作中的切身體會,對開關(guān)柜在生產(chǎn)運行中出現(xiàn)的不足進行分析,并提出相應(yīng)的解決方案。

關(guān)鍵詞 10kV開關(guān)柜 存在問題 解決方案 引言 隨著近年來國民經(jīng)濟的高速增長,電網(wǎng)發(fā)展也迎來新的歷史機遇，10kV交流金屬封閉鎧裝移開式高壓開關(guān)設(shè)備(以下簡稱開關(guān)柜)因具有結(jié)構(gòu)緊湊合理、防護性能好、"五防"連鎖功能可靠、維護方便、操作簡單、運行可靠性高等優(yōu)點在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。但在實際應(yīng)用中,開關(guān)柜本身存在的一些不足也隨之出現(xiàn),如主變低壓進線開關(guān)柜容易過熱、柜內(nèi)缺少溫度監(jiān)視系統(tǒng)等,這些問題如不找到應(yīng)對措施將給安全生產(chǎn)埋下隱患。以下就開關(guān)柜存在的問題 和解決方案進行分析論述。  2 實際運行中存在的問題及解決方案 2.1 開關(guān)柜的過熱問題 開關(guān)柜受各種因素的影響容易產(chǎn)生過熱現(xiàn)象,嚴重時將大大降低設(shè)備絕緣危及設(shè)備安全運行。其中以主變低壓進線(母聯(lián))開關(guān)柜最為突出,下面就以此類型開關(guān)柜為例進行分析說明。 2.1.1 由防護等級因素造成的散熱不暢 為防止人體接近高壓開關(guān)柜•的高壓帶電部分和觸及運動部分,以及克服敞開式開關(guān)柜容易進入異物引起設(shè)備短路的缺點廠家一般都是根據(jù)國標DL/T404-1997《戶內(nèi)交流高壓開關(guān)柜訂貨技術(shù)條件》652中對防護等級分類規(guī)定進行設(shè)計的,如表1所示。 一般,現(xiàn)在的開關(guān)柜的防護等級定為IP4X,基本上都采用金屬全封閉的外殼。而這樣的開關(guān)柜普遍存在著如下文2.1.2、2.1.3及2.1.4所述的問題,極易出現(xiàn)散熱不暢、溫度較高的情況,導(dǎo)致元件絕緣性能經(jīng)長時間運行后變質(zhì)、劣化構(gòu)成了絕緣弱點。近年來絕緣薄弱引起設(shè)備障礙或事故呈逐年遞增的情況。因此對于柜內(nèi)散熱不暢的現(xiàn)象,應(yīng)高度重視。 一些單位和廠家通常將4000A以下的開關(guān)柜的觀察窗改成通風(fēng)窗,而較少采用貫流風(fēng)機(以下簡稱風(fēng)機)主動散熱的方式,一般來說原因有三點:(1)現(xiàn)在風(fēng)機一般只在大電流(4000A及以上)開關(guān)柜采用(如ABB公司在大電流開關(guān)柜(4000A)所采用的風(fēng)機);(2)國內(nèi)生產(chǎn)這種風(fēng)機的廠家較少,質(zhì)量得不到保證,開關(guān)柜均裝設(shè)風(fēng)機,投資成本加大;(3)風(fēng)機運行所帶來的灰塵影響開關(guān)柜內(nèi)絕緣,且噪聲較大。然而本人認為將觀察窗改成通風(fēng)窗的做法有其不安全因素(見2.2),提倡在柜上裝設(shè)風(fēng)機,室內(nèi)裝設(shè)空調(diào),二者結(jié)合降溫。采用該散熱方法時應(yīng)降低風(fēng)機轉(zhuǎn)速,增加清掃維護頻率減小風(fēng)機所攜灰塵對設(shè)備絕緣的影響,并加強日常巡視。若一些單位將觀察窗改成通風(fēng)散熱窗,因盡量防范由于改造可能引起的不安全因素(見2.2)。  2.1.2 柜內(nèi)設(shè)備發(fā)熱 母排、刀閘等均安裝在主變1。kV側(cè)開關(guān)柜狹小的空間中,它們產(chǎn)生的熱量對柜內(nèi)溫度的影響不容忽視。  2.1.2.1 母排過熱 母排間間距較小,銅材質(zhì)量不過關(guān),截面積較小,且母排連接點較多,容易氧化、接觸不良,導(dǎo)致連接點溫度高,在柜內(nèi)溫度較高時導(dǎo)致母排載流能力降低,載流量減小。應(yīng)特別指出的是現(xiàn)有10kV母排為增加絕緣往往使用絕緣熱縮套管,但當母排發(fā)熱嚴重時,絕緣膠套會破裂,有可能導(dǎo)致相間短路。 上述問題,本人認為可從以下幾點解決:(1)選擇設(shè)計制造工藝較高的廠家;(2)增加母排間間距,必要時可對開關(guān)柜泄壓通道進行一定的改造;(3)采用質(zhì)量較好的大尺寸銅材,增加母排載流量;(4)在電氣連接面上鍍錫、鍍銀在設(shè)備投入、母排清掃時用凡士林、導(dǎo)電膏涂抹,降低接觸電阻;(5)增加柜內(nèi)的散熱措施。  2.1.2.2 刀閘過熱 近年來因開關(guān)柜斷路器手車的隔離觸頭接觸不良發(fā)熱引發(fā)的設(shè)備事故呈逐年遞增的態(tài)勢。限于開關(guān)柜自身結(jié)構(gòu),無法觀察到斷路器手車運行時其隔離觸頭與靜觸頭的咬合情況。因此在新設(shè)備驗收中應(yīng)嚴格把關(guān),仔細檢查新柜中刀閘螺絲是否接觸好,防止刀閘銜接過松、過緊;在母線、斷路器手車例行檢修時,應(yīng)對隔離觸頭做重點維護;對隔離觸頭的螺絲、彈簧應(yīng)細致檢查,彈簧應(yīng)定期更換,以有效防止彈簧經(jīng)隔離觸頭的多次合分后老化導(dǎo)致隔離觸頭銜接過松;維護時在隔離觸頭上用凡士林、導(dǎo)電膏涂抹,降低接觸電阻。  2.1.2.3 電流互感器發(fā)熱問題 目前,柜內(nèi)電流互感器(CT)普遍采用全密封環(huán)氧樹脂澆注式結(jié)構(gòu)。但對于大電流回路中,因其結(jié)構(gòu)的限制,增加兩個接頭連接發(fā)熱源,全密封澆注式結(jié)構(gòu)一次繞組及鐵心散熱效果均較差,導(dǎo)致實際應(yīng)用中大電流運行時內(nèi)部CT發(fā)熱問題嚴重。根據(jù)我局的運行經(jīng)驗,對于額定電流2000A及以上的柜內(nèi)CT,在保證內(nèi)部安全距離的前提下,盡量改用穿芯式結(jié)構(gòu)CT改善CT散熱條件,實際運行經(jīng)驗證明效果良好。  2.1.2.4 柜內(nèi)設(shè)備負荷較大 近年來在冬、夏兩季用電高峰期,有些變電站長期處于滿負荷狀態(tài)。特別是在站內(nèi)一臺變壓器轉(zhuǎn)檢修時,運行中的主變?nèi)菀壮霈F(xiàn)滿載、過載現(xiàn)象,主變低壓進線(母聯(lián))開關(guān)柜中所流過的電流較大造成內(nèi)部元件發(fā)熱量大。在這種供用電形勢下電力調(diào)度機構(gòu)應(yīng)合理安排電網(wǎng)的運行方式,做好負荷預(yù)測,減少設(shè)備檢修工作檢修次數(shù)保證檢修質(zhì)量,減少重復(fù)停電。  2.1.3 所處環(huán)境溫度較高 以我省為例:夏季室外溫度一般在34℃~38℃之間,一些地方時有超過40℃的氣溫出現(xiàn),加上設(shè)備本身散發(fā)的熱量,室內(nèi)無通風(fēng)設(shè)施,室內(nèi)環(huán)境溫度過高。對此可在開關(guān)室采用反光能力較好的反光玻璃,降低陽光直接照射的熱效應(yīng)。以往普遍采用的溫控排風(fēng)扇,降溫效果不明顯、噪聲較大增大了室內(nèi)的灰塵、濕氣的進入量,不利于室內(nèi)設(shè)備的運行,可以用空調(diào)代替。  2.1.4 維護的問題 廠家在介紹開關(guān)柜常用"免維護"來形容。這樣容易引導(dǎo)檢修、運行人員進入一種誤區(qū)一可以少維護、不維護,從而在設(shè)備檢修清掃時忽視了對柜內(nèi)灰塵及蜘蛛網(wǎng)等的清除,降低了設(shè)備的絕緣性能,同時也讓本為狹小的柜內(nèi)空間,散熱條件更為惡劣。  2.2 觀察窗的局限性 GB 3906-91《3～35kV交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備》6.1.6對觀察窗的規(guī)定如下:"觀察窗應(yīng)達到外亮所規(guī)定的防護等級。觀察窗應(yīng)使用機械強度與外殼相近的透明阻燃材料遮蓋并應(yīng)有足夠的電氣間隙或靜電屏蔽等措施防止危險的靜電電荷的形成。觀察窗布置的位置,應(yīng)便于觀察內(nèi)部運行中的設(shè)備。"可見國標并未對開關(guān)柜觀察窗的個數(shù)、面積、裝設(shè)位置以及清晰度作出非常明確的規(guī)定,這使得開關(guān)柜柜后(以下簡稱"柜后")的觀察窗在實際運行當中存在著一些問題。 (1)一般只在柜后裝設(shè)一個長型的鋼化玻璃觀察窗。像我局西郊變10kV#2戶內(nèi)所用變采用的福達電氣工程有限公司生產(chǎn)的開關(guān)柜柜后甚至未設(shè)觀察窗。 (2)柜后觀察窗裝設(shè)位置、面積的限制,運行人員無法清楚觀察植內(nèi)設(shè)備情況。以裝設(shè)在柜后中部的為例:運行人員無法從柜后近距離觀察接地刀閘的實際狀態(tài)和電纜接頭及主變10kV側(cè)開關(guān)柜母排、CT的情況;對柜內(nèi)設(shè)備測溫時,也會有很大的測溫死區(qū)。而觀察窗的材料特性會造成測得的溫度與設(shè)備的實際溫度存在著較大的誤差。還有的觀察窗安裝位置較高使得運行人員根本無法觀察和測溫。 本人認為可以采用兩個觀察窗并增大一定面積的方法來改善,只要其"防護等級、機械強度、材料特性"等符合國標的規(guī)定布置位置合適就可。采用硬固定的固定方式,比如將觀察窗鉆孔后用螺絲固定,并用膠水密封,這樣能兼顧抗外力和防潮性能口同時在觀察窗面上安裝活動的可視小鐵門,平時上鎖,當要測溫或要觀察時可打開,這樣雖然使用上不夠便捷,但很好的解決了觀察窗的防爆性能問題。測溫儀測得的柜內(nèi)設(shè)備溫度數(shù)據(jù)應(yīng)給予修正以常用的鋼化玻璃觀察窗為例,實際溫度一般比測得的數(shù)據(jù)高出13℃(厚度不計)。 將觀察窗改成通風(fēng)窗的做法也值得商榷:首先,一些開關(guān)柜原來并未設(shè)通風(fēng)窗即使將觀察窗改造成通風(fēng)窗,也無法使空氣對流,達不到預(yù)期的散熱效果;其次,開關(guān)柜內(nèi)部的絕緣都是以觀察窗密封為前提設(shè)計的,人為改成通風(fēng)窗后灰塵、潮氣很容易進入柜內(nèi),容易引起柜內(nèi)絕緣降低•再次當設(shè)備內(nèi)部發(fā)生短路故障時,柜內(nèi)空氣的壓力本應(yīng)通過泄壓通道排出,但觀察窗改造后即從這里排出這樣可能會對現(xiàn)場人員造成嚴重的傷害。  2.3 柜內(nèi)缺少溫度監(jiān)視系統(tǒng) 現(xiàn)今對于開關(guān)柜內(nèi)部溫度過高導(dǎo)致的絕緣事故仍防不勝防,因此對溫度進行監(jiān)視是非常必要的?？梢栽陂_關(guān)柜內(nèi)裝設(shè)溫度測量裝置與電流繼電器相配合啟動風(fēng)機,當柜內(nèi)溫度或繼電器中電流達到一定值便啟動風(fēng)機降溫。風(fēng)機啟動后若溫度不能降低繼續(xù)升高,達到一定值時,將生產(chǎn)發(fā)告警信號,通知值班員及時處理?；蛑谎b設(shè)溫度測量裝置當柜內(nèi)溫度一超過整定值就發(fā)告警信號。 由于開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備有著較高電壓,如采用在線測溫只能通過紅外測溫裝置進行不接觸測溫。考慮到目前這種在線監(jiān)控成本較高,不可能大范圍使用,可以只在最容易發(fā)熱的設(shè)備上裝設(shè)單點式紅外測溫裝置。  2.4 保護方面 10kV母線上的設(shè)備容易受到設(shè)備制造工藝、安裝質(zhì)量,小動物、人為誤操作等因素的影響,且饋線多,操作頻繁,其發(fā)生故障幾率遠高于高壓、超高壓母線。2A1開關(guān)柜對保護的要求當10kV設(shè)備發(fā)生弧光故障,在斷路器動作前,故障短路電弧是一直在燃燒的即保護動作時間與斷路器分閘時間之和,為電弧燃燒的持續(xù)時間?，F(xiàn)在市場上銷售的開關(guān)柜大部分上是按照國際標準IEC60298《1kV以上52kV及以下交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》生產(chǎn)的,標準中規(guī)定的內(nèi)部燃弧時間是100ms。也就是說開關(guān)柜可以承受的電弧燃燒時間為100ms。所以,保護裝置應(yīng)在小于100ms時間內(nèi)切除故障,以防止弧光短路故障進一步發(fā)展擴大,造成更大的危害。在各種燃弧持續(xù)時間內(nèi),設(shè)備的損壞程度不同,國外進行了相關(guān)試驗,情況如表2所示。  2.4.2 主變對保護的要求 國標規(guī)定的110kV及以上電壓等級的變壓器的熱穩(wěn)定允許時間為2s,動穩(wěn)定時間為0.25s。但實際上,在主變10kV側(cè)出口短路故障靠過流后備保護切除的動作時間往往在2s以上,離0.25s的變壓器的動穩(wěn)定時間相差甚遠。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計,110kV及以上 等級的變壓器遭受短路故障電流沖擊直接導(dǎo)致?lián)p壞的事故,約占全部事故的50%以上,與前幾年統(tǒng)計相比呈大幅度上升的趨勢。其中10kV側(cè)短路引起的事故最多,占事故總數(shù)的64.7%,如表3所示。 表4列出了短路損壞變壓器按照設(shè)備損壞程序統(tǒng)計情況 因此當10kV母線發(fā)生短路故障時,從保護變壓器的角度出發(fā),迫切需要改善,使其保護動作時間小于變壓器允許的動穩(wěn)定時間0.25s。  2.4.3 現(xiàn)有母線保護的局限及對策 我省現(xiàn)有的10kV母線基本上只采用主變低壓復(fù)壓過流保護作為母線后備保護,考慮到與饋線和母線分段開關(guān)的配合保護跳閘時間一般整定為1.0~1.7s,有時甚至達2.0s以上遠大于IEC60298中規(guī)定的內(nèi)部燃弧時間和國標中規(guī)定的變壓器允許動穩(wěn)定時間。這樣當10kV母線發(fā)生短路故障時,即使主變的低壓復(fù)壓過流保護正確動作將10kV母線電源切除,仍會出現(xiàn)多個設(shè)備間隔嚴重損壞,有的甚至發(fā)展成"火燒連營"的重大事故,并且極易出現(xiàn)主變壓器由于遭受外部短路電流沖擊而損壞的情況。因此為了保證設(shè)備的安全運行和不擴大事故范圍,應(yīng)當采用動作時間更為迅速的母線保護。 國外采用一種母線保護方式-電弧光保護值得我們借鑒。如在南非應(yīng)用的一種電弧光保護,該系統(tǒng)只在同時檢測到弧光和過流時才發(fā)出跳閘指令,其電弧光保護系統(tǒng)提供的動作時間為5~7ms,遠快于傳統(tǒng)母線保護方案,對開關(guān)柜各單元室的總故障清除時間可控制在100ms以內(nèi)。其基本原理是利用弧光傳感器作為光感應(yīng)元件分布安裝于開關(guān)間隔中,當發(fā)生短路事故時,將檢測到的弧光故障時突然增加的強光信號,轉(zhuǎn)換成電流信號作用于電源斷路器。國內(nèi)相關(guān)廠家也對電弧光保護進行相關(guān)的研究。  2.5 帶電顯示裝置方面 目前推廣的全封閉型"五防"開關(guān)柜,主要以前面面板上裝設(shè)的固定式三相帶電顯示裝置的顯示情況作為合接地刀閘前判斷線路是否帶電的依據(jù)。該裝置確實起到了驗電的作用,但其本身也存在一定的缺陷: (1)運行人員在合接地刀閘前都必須先通過待停線路在運行狀態(tài)時現(xiàn)場的帶電顯示裝置的顯示情況,判斷帶電顯示裝置是否正常,繼而進一步判斷線路是否帶電。但當線路由冷、熱備用轉(zhuǎn)檢修時,運行人員都不能正確判斷帶電顯示裝置指示是否正常,這時不排除由于帶電顯示裝置的功能障礙,線路帶電顯示元件卻不亮,從而產(chǎn)生誤合接地刀閘的惡性事故。一些單位在線路轉(zhuǎn)檢修無法判斷帶電顯示裝置是否正常時,由調(diào)度值班員負責(zé)電話詢問待停線路上的用戶,確認用戶有無倒送電情況后,通知運行操作人員合接地刀閘,然而這樣的做法值得商榷。 所以,本人認為應(yīng)盡量采用驗電手車或拔插式驗電器驗電的方式同時加大城網(wǎng)自動化建設(shè),實現(xiàn)對設(shè)備運行狀態(tài)的實時監(jiān)測,將待停線路運行狀態(tài)改變時的遙測、遙信信號以及帶電顯示裝置的相應(yīng)變化情況作為合接地刀閘的依據(jù)。這在2005年3月1日開始實施的《國家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程(變電站和發(fā)電廠電氣部分)(試行)及修改說明》第433中有了相應(yīng)規(guī)定:"對無法進行直接驗電的設(shè)備,可以進行間接驗電,即檢查隔離(刀閘)的機械指示位置、電氣儀表、儀表及帶電顯示裝置指示變化,且至少應(yīng)有兩個及以上指示己同時發(fā)生對應(yīng)變化•若進行遙控操作,則應(yīng)同時檢查隔離開關(guān)(刀閘)的狀態(tài)指示、遙測、遙信信號及帶電顯示裝置的指示進行間接驗電。" (2)目前帶電顯示裝置大部分使用氛燈作為顯示元件,長期使用后發(fā)現(xiàn),氛燈大量損壞,裝置失明率高,且亮度低,特別是在明亮的環(huán)境里亮度受到?jīng)_刷,顯示性較差。因此應(yīng)采用閃動發(fā)光的超高亮度發(fā)光管,這樣不易受外界光線影響,直觀醒目。 (3)一般固定式帶電顯示裝置沒有裝設(shè)對柜門和接地刀閘的閉鎖控制回路。本人認為固定式帶電顯示裝置必須具備強制性電氣閉鎖功能能可靠閉鎖接地開關(guān)(開關(guān)柜門)。  3 結(jié)束語 10kV戶內(nèi)開關(guān)柜由于體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、"五防"功能完善、操作簡易可靠等優(yōu)點給我們的生產(chǎn)、運行和檢修與維護帶來了極大的便利及安全保障,在現(xiàn)代電網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。但在實際生產(chǎn)運行中,仍存在一些不安全的因素,我們只有正視這些問題,思考、分析并從中找出相應(yīng)的改進措施,才能更好保障電網(wǎng)的安全生產(chǎn)。本人通過觀察和思考,結(jié)合實際情況提出了對這些問題進行改進的一些看法。因水平有限,不足之處,敬請專家和讀者指正。