高壓開關柜的種類及常見故障分析

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高壓開關柜是電力系統(tǒng)中非常重要的電氣設備。開關柜運行狀態(tài)惡化是引發(fā)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障的原因之一。2002年1月1日，齊魯石化公司塑料廠5BS配電室高壓開關柜60508開關發(fā)生閃爆，導致整個裝置停車，造成了巨大的經濟損失。

一、高壓開關柜的種類 （一）戶外式及戶內式 從高壓開關柜的安置來分，可分為戶外式和戶內式兩種,10KV及以下多采用戶內式。根據一次線路方案的不同,可分為進出線開關柜、聯(lián)絡油開關柜、母線分段柜等。10KV進出線開關柜內多安裝少油斷路器或真空斷路器,斷路器所配的操動機構多為彈簧操動機構或電磁操動機構,也有配手動操動機構或永磁操動機構的。不同的開關柜在結構上有較大差別,這將影響到傳感器的選擇和安裝。 （二）固定式及移開式 從高壓開關柜的使用來分，可分為固定式和移開式。以前，發(fā)電廠的廠用電系統(tǒng)習慣采用移開式開關柜，而供電系統(tǒng)用固定柜較多。隨著科學技術的進步和新產品的不斷開發(fā)成功，很多習慣用法也在發(fā)生變化。例如金屬鎧裝移開式開關柜就是在固定式開關柜的基礎上發(fā)展起來的。金屬鎧裝移開式開關柜為全封閉結構，各功能小室相互隔開，正常操作性能和防誤操作功能百加完善和合理，檢修方便，其運行的安全可靠性大為提高。 （三）高壓開關柜的發(fā)展 近年來，隨著小型真空斷路器技術的開發(fā)和推廣，中置式開關柜作為金屬封閉鎧裝移開式開關設備的新開發(fā)得到了很快發(fā)展。中置柜的優(yōu)點比較多，最重要的是手車小型化和制作工藝的機械化，使手車與導軌的制作更精確。甚至有不少廠家的產品，其手車包括主斷路器和柜體不必在廠內一對一調試，出廠時分別發(fā)貨到現(xiàn)場后，也很容易調試成功，同樣可保證手車進出靈活方便。因該產品互換性好，受現(xiàn)場地面水平條件的影響很小。這種金屬鎧裝移開式開關柜運行安全可靠，檢修維護方便。因此供電系統(tǒng)采用的也越來越多了。 二、高壓開關柜常見故障分析 分析其原因高壓開關柜故障原因，多發(fā)生在絕緣、導電和機械方面。 （一）拒動、誤動故障　 這種故障是高壓開關柜最主要的故障，其原因可分為兩類。一類是因操動機構及傳動系統(tǒng)的機械故障造成，具體表現(xiàn)為機構卡澀，部件變形、位移或損壞，分合閘鐵芯松動、卡澀，軸銷松斷，脫扣失靈等。另一類是因電氣控制和輔助回路造成，表現(xiàn)為二次接線接觸不良，端子松動，接線錯誤，分合閘線圈因機構卡澀或轉換開關不良而燒損，輔助開關切換不靈，以及操作電源、合閘接觸器、微動開關等故障。 （二）開斷與關合故障　 這類故障是由斷路器本體造成的，對少油斷路器而言，主要表現(xiàn)為噴油短路、滅弧室燒損、開斷能力不足、關合時爆炸等。對于真空斷路器而言，表現(xiàn)為滅弧室及波紋管漏氣、真空度降低、切電容器組重燃、陶瓷管破裂等。 （三）絕緣故障　 絕緣水平是要正確處理作用在絕緣上的各種電壓(包括運行電壓和各種過電壓)、各種限壓措施、絕緣強度這三者之間的關系。力求使產品做到既安全又經濟，得到最佳的經濟效益。在絕緣方面的故障主要表現(xiàn)為外絕緣對地閃絡擊穿，內絕緣對地閃絡擊穿，相間絕緣閃絡擊穿，雷電過電壓閃絡擊穿，瓷瓶套管、電容套管閃絡、污閃、擊穿、爆炸，提升桿閃絡，CT閃絡、擊穿、爆炸，瓷瓶斷裂等。 （四）載流故障　 72～12KV電壓等級發(fā)生的載流故障主要原因是開關柜隔離插頭接觸不良導致觸頭燒融。 （五）外力及其他故障　 包括異物撞擊，自然災害，小動物短路等不可知的其他外力及意外故障的發(fā)生。 三、高壓開關柜的使用和故障檢測 雖然在購買使用高壓開關柜之前，相應的驗收檢查工作已經展開，但是在現(xiàn)實中難免有先天性質量問題的設備投入運行，另外，由于外力及機器老化的原因，高壓開關柜也很難保持永久的安全使用狀態(tài)。作為補救措施，用戶必須加強對高壓開關柜的檢測工作。只要及時發(fā)現(xiàn)和檢出異常所在，就能避免事故的發(fā)生。 （一）機械故障的檢測、使用 很多統(tǒng)計資料表明，開關柜機械故障發(fā)生的比例最高。這是因為與機械操作相關聯(lián)的元件非常多，包括合、分閘回路串聯(lián)有很多環(huán)節(jié)。而且開關的操作是沒有規(guī)律的，有時候很長時間也不操作一次，有時候卻要連續(xù)動作。另外，還受一年四季環(huán)境變化的影響。所以機械故障特別是拒動故障是發(fā)生概率最高的。 要保證開關設備的操作機構性的可靠性，需經過考驗驗證。例如真空斷路器制造廠在產品出廠前，往往要在標準規(guī)定的高低操作電壓下進行機械操作數百次，如果有故障，就在出廠前進行處理。其次，開關柜內所有部件，特別是動作的部件包括各處的緊固螺釘、彈簧和拉桿，強度要足夠，結構要可靠，要經得住長期運行的考驗。 要保證電氣回路良好的連通性，合、分閘線圈、輔助開關等元件的性能都要有保證。因為是串聯(lián)回路，回路中的各個開關、熔斷器以及各個連接處要始終處于完好狀態(tài)，直流操作電源也要始終處于正常狀態(tài)。如果直流回路絕緣不良，發(fā)生一點接地或多點接地，就可能使開關發(fā)生誤動，如果直流回路導通不好或電源不正常，就會發(fā)生拒動事故。 無論制造廠和運行單位，都應把工作做好做扎實。以使機械方面的故障降低到最小。 （二）絕緣水平的檢測 原則上講，電壓等級越高，對絕緣水平的選取更為關注。對于中壓等級，往往希望通過增加不多的費用，將絕緣水平取得略為偏高一點、使得運行更安全。 國家標準GB311.1-1997推薦了四種沖擊耐受電壓試驗方法，對于非自恢復絕緣為主的設備可采用3次法，非自恢復絕緣和自恢復絕緣組成的復合絕緣的設備可使用3/9次法，而復合絕緣的設備則一般采用15次法。目前高壓開關柜的雷電沖擊耐壓試驗多采用15次法，實際上在中壓等級設備達到要求的外絕緣的最小空氣尺寸，例如l0kV等級設備的外絕緣凈空氣間隙為125mm的情況下，沖擊耐受電壓裕度較大，用3/9次法也可達到試驗的目的。 在實際檢測中，還需考慮到同樣絕緣水平的產品，不同地方的運行情況相差很大。影響電氣設備在運行中絕緣性能是否可靠的因素除了設備本身的絕緣水平外，還有過電壓保護措施、環(huán)境條件、運行狀況和設備隨使用時間的老化等等，必須綜合考慮這些因素的作用。 （三）導電回路檢測 在運行設備中所發(fā)生的導電回路故障或事故表明，一旦存在導電回路接觸不良，問題會隨著時間的推移而不斷加劇。隔離插頭上往往裝有緊固彈簧，受熱后彈性變差，使接觸電阻進一步加大，直至事故發(fā)生。為此，廠方也要嚴格型式試驗中的溫升試驗項目，對于批量生產的品種，還應用額定電流下溫升試驗進行定期或不定期的抽試。尤其是大額定電流開關柜，宜對每臺產品進行溫升試驗驗證。 按規(guī)程規(guī)定，用大電流直流壓降法測量回路電阻，就是防止導電回路事故的一種方法。由于回路電阻測量的使用電流受到限制，就是測量結果合格，但在運行中仍然發(fā)生載流事故的已有好多次。實踐表明這并不是一種十分可靠的辦法，不應完全依賴它。 對于用戶來說，產品投運后要對其載流量和穩(wěn)定性做到心中有數，要確保設備的可靠、安全運行。在產品投運初期，加強監(jiān)視是十分必要的，在高峰負荷以及夏季環(huán)境溫度較高時，監(jiān)視設備的運行狀態(tài)尤其重要。例如可采用紅外測溫等方法來監(jiān)視設備的發(fā)熱情況，及時發(fā)現(xiàn)潛伏的不正常發(fā)熱現(xiàn)象。 結論：設備發(fā)生了故障，一般會認為是設備質量差、檔次低造成的，于是往往在加強設備指標水平上下功夫。其實設備的絕緣水平等指標不可能也不應盲目地加強，對事故要具體分析，檢查所發(fā)生的缺陷是否有普遍性，另一方面是要在繼電保護和運行環(huán)境方面進行工作，這樣才能收到事半功倍的效果。我們應該正確使用、合理檢測開關設備，保證其在絕緣、導電、機械操作以及開斷性能方面可靠安全，并在長期運行中經得起時間的考驗。