引言

高壓開關(guān)柜是金屬封閉開關(guān)設(shè)備的俗稱,是按一定的電路方案將有關(guān)電氣設(shè)備組裝在一個封閉的金屬外殼內(nèi)的成套電氣裝置,高壓柜是變電站的主要一次設(shè)備之一,是電網(wǎng)與用戶相連接的橋梁,實際運用中主要發(fā)揮控制、保護(hù)等功能。高壓柜在運行中的健康狀況,直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全和供電可靠性。

高壓開關(guān)柜主要由斷路器、刀閘、電流互感器、避雷器、一次設(shè)備等組成,圖1所示為手車式高壓柜結(jié)構(gòu)示意圖。高壓柜內(nèi)分為A、B、C、D四個單獨的隔室:手車室、主母線室、電纜室、繼電器儀表室。四個柜室用隔板隔開,高壓柜體外殼的防護(hù)等

級為IP42,各小室間防護(hù)等級為IP2x。

手車式高壓開關(guān)柜停電維護(hù)時,需要對柜內(nèi)各一次設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。如圖1所示,當(dāng)手車?yán)?檢修"狀態(tài)時,高壓柜內(nèi)靜觸頭因母線仍帶電導(dǎo)致無法進(jìn)行維護(hù),故必須在10kV母線停電時才能夠?qū)o觸頭進(jìn)行檢查維護(hù),是檢修維護(hù)的薄弱點之一。另外,手車式高壓開關(guān)柜由于其結(jié)構(gòu)的特殊性,日常巡視中無法準(zhǔn)確測量出動靜觸頭接觸處運行時的實際溫度,對開關(guān)小車的動靜觸頭運行狀況無法準(zhǔn)確掌控,因此導(dǎo)致了移開式高壓開關(guān)柜運行故障時有發(fā)生。

1實際案例分析

1.1案例基本情況

2017年10月10日13:36,220kV××站#1主變保護(hù)動作跳閘。

2017年10月10日14:00,運行人員到達(dá)××站,現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)#1主變電抗器室門打開,室內(nèi)有黑煙,且有難聞異味。運行人員進(jìn)入高壓1室檢查發(fā)現(xiàn),電抗器室的#1主變10kV側(cè)5014刀閘小車柜冒煙,二次端子室有明火出現(xiàn)。

2017年10月10日15:45,運行人員將#1主變轉(zhuǎn)檢修。檢修人員到達(dá)現(xiàn)場后,將#1主變10kV側(cè)母橋伸縮節(jié)拆除,試驗人員對主變本體進(jìn)行試驗,確認(rèn)#1主變本體無故障。

220kV××站#1主變10kV側(cè)5014刀閘小車型號:汕頭經(jīng)濟(jì)特區(qū)電器儀表成套廠,生產(chǎn)日期:2002年1月,投運日期:2002年9月。

檢修人員檢查刀閘小車室發(fā)現(xiàn):

(1）小車C相上部動觸臂燒熔掉落且不見本體,A、B兩相動觸臂見熔斷掉落柜內(nèi),動觸臂梅花觸頭尚見,下部動觸臂均未掉落且可見。上觸臂三相觸頭絕緣盒以及觸頭盒固定鋁座受電弧高溫燃燒。上部動觸臂進(jìn)、出線端的鋁固定座燒熔和上下連接銅柱燒毀散落,如圖2所示。

圖2刀閘小車故障示意圖

(2）將刀閘小車移出,發(fā)現(xiàn)三相下靜觸頭結(jié)構(gòu)完好,但因電弧燒損留有明顯的灼燒痕跡。上靜觸頭C相銅排燒損嚴(yán)重,靜觸頭脫落,隔離小車室內(nèi)部存在大量電弧燃燒后的粉末狀產(chǎn)物,高壓柜左側(cè)柜體出現(xiàn)燒融現(xiàn)象,如圖3所示。

1.2故障原因分析

如圖2所示,220kV××站#1主變10kV側(cè)5014刀閘小車發(fā)生了嚴(yán)重的損壞,三相上動觸頭全部脫落,三相動觸頭絕緣護(hù)套全部破損。A、B兩相動觸頭梅花觸指排列整齊,觸指未有明顯燒蝕,緊固彈簧在正常工作位置,檢查發(fā)現(xiàn)C相動觸頭有明顯的燒蝕遺留的痕跡。如圖3所示,220kV×x站#1主變10kV側(cè)5014刀閘小車柜內(nèi)有明顯的放電、灼燒痕跡。另外,C相銅排燒損嚴(yán)重,上靜觸頭脫落,從而明確本次故障為刀閘小車C相上動靜觸頭接觸位置與對應(yīng)柜體（地電位）之間發(fā)生放電,放電產(chǎn)生的高溫將C相上動靜觸頭、C相上銅排及柜體靠C相側(cè)燒熔,另外,放電產(chǎn)生的電弧跳動將A、B相的上動觸頭燒熔。

結(jié)合本次保護(hù)動作及現(xiàn)場檢查情況,判斷本次故障的直接原因為C相刀閘上動靜觸頭發(fā)熱,局部絕緣強度降低,柜體與C相上動觸頭發(fā)生放電,導(dǎo)致了C相上動靜觸頭及C相銅排燒熔,進(jìn)而發(fā)展為三相故障。因為日常巡視維護(hù)中沒有有效的方法監(jiān)測手車式開關(guān)柜的運行狀況,導(dǎo)致設(shè)備長時間處于發(fā)熱狀態(tài)都無法被獲知,最終導(dǎo)致了該起放電故障的發(fā)生。動靜觸頭接觸不良的原因在于開關(guān)柜在制造工作中不可避免會存在配合誤差,當(dāng)?shù)堕l小車推進(jìn)時,若動觸頭與靜觸頭配合度出現(xiàn)偏差時,會造成動觸頭梅花觸指與靜觸頭接觸異常,部分梅花觸指存在虛接或未接觸問題,從而導(dǎo)致了動靜觸頭的發(fā)熱狀況。

2改進(jìn)措施

近幾年來公司內(nèi)部先后發(fā)生了7起隔離小車柜接觸不良發(fā)熱引發(fā)的短路故障。經(jīng)分析,設(shè)計不合理、加工工藝不良是導(dǎo)致隔離小車柜質(zhì)量問題多發(fā)的主要原因。其中包括部分廠家生產(chǎn)的隔離小車的觸臂采用互感器作為支撐,直接導(dǎo)致觸臂移位、動靜觸頭配合度偏差的問題,此外,還有一些廠家生產(chǎn)的隔離小車通流能力不足,動靜觸頭接觸不良。針對此類問題,我們必須從出廠前的監(jiān)造、施工中的管控、驗收時的嚴(yán)謹(jǐn)性這三個階段對設(shè)備進(jìn)行全過程的監(jiān)控,才能杜絕因設(shè)計不合理、施工工藝不過關(guān)導(dǎo)致安全隱患或者安全事故的發(fā)生。

(1）源頭把關(guān),監(jiān)造人員必須熟悉高壓柜監(jiān)造的技術(shù)規(guī)范及要點,嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范進(jìn)行作業(yè),對于不符合規(guī)范要求、試驗不合格的產(chǎn)品不允許出廠:

(2）施工管控,高壓柜從進(jìn)站安裝到投運運行,檢修人員必須保證有人在場,對安裝過程中的各個關(guān)鍵點都要進(jìn)行嚴(yán)格把控,保證安裝質(zhì)量達(dá)到要求:

(3）驗收嚴(yán)謹(jǐn),嚴(yán)格按照高壓柜驗收規(guī)范進(jìn)行驗收,對于驗收過程中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行記錄,并跟蹤其整改情況,做到設(shè)備零缺陷投運。

且由于歷史原因,運行中的隔離小車柜普遍未進(jìn)行溫升型式試驗驗證,致使隔離小車柜存在潛在發(fā)熱隱患。公司的相關(guān)規(guī)定中關(guān)于隔離小車的運維條款不太具有針對性,基層單位在維護(hù)中易忽略對隔離小車的維護(hù)。結(jié)合近年來的故障分析情況,不斷完善開關(guān)小車和隔離小車柜的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)條款要求及技術(shù)規(guī)范,以解決測溫難、巡視難等問題,可采用以下兩種新技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。

(1）在導(dǎo)電臂上內(nèi)嵌無線測溫裝置,通過無線傳輸技術(shù)將實時溫度發(fā)送至后臺終端,自動計算溫升,判斷是否存在缺陷,并向運行人員發(fā)出警報,通過此方法來解決測溫難問題。無線測溫裝置主要由三部件組成,分別為無線測溫接收裝置、無線測溫傳感器、無線傳感器安裝底板。無線測溫傳感器通過無線傳感器安裝底板安裝在需要測溫的部位,無線測溫傳感器通過自帶的鋰電池供電,通過射頻技術(shù)、無線傳輸技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸至無線測溫接收裝置,這樣就可以獲得接觸部位的實時溫度,保證設(shè)備健康運行。

(2）使用透明絕緣材料做觸頭防護(hù)罩,并在柜內(nèi)安裝微型攝像頭,攝像頭采用自帶的鋰電池供電,通過無線傳輸技術(shù)將觸頭接觸過程、效果通過無線實時傳輸,讓運行人員在操作過程中能時刻觀察到操作效果,保證手車動靜觸頭配合良好,不出現(xiàn)偏差,巡視人員可在巡視過程中檢查各個觸頭的運行情況,從而解決手車高壓柜巡視難的問題。

根據(jù)公司發(fā)布的設(shè)計要求,隔離小車在雙分支母線的接線方式中起到聯(lián)絡(luò)作用。對于單分支母線接線方式功能作用不明確,此接線方式下的隔離小車在實際運行中存在的必要性不足。公司已明確"配置有限流電抗器的新建變電站,主變低壓側(cè)與限流電抗器之間不設(shè)隔離開關(guān)",從設(shè)計環(huán)節(jié)取消了隔離小車柜。因此,我們有必要對運行中的單分支母線隔離小車柜進(jìn)行梳理,必要時將其拆除,從根本上杜絕事故的發(fā)生。

3結(jié)語

變電站的高壓開關(guān)柜、隔離小車柜是電力系統(tǒng)常見的電氣設(shè)備之一,在實際應(yīng)用過程中由于受到各種復(fù)雜因素的影響,可能會出現(xiàn)諸多問題,因此我們必須從設(shè)備管理、技術(shù)要求、運維規(guī)范、設(shè)計完善等層面入手,制定相應(yīng)的對策措施,以確保電力設(shè)施健康穩(wěn)定運行。