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高压开关柜发热故障形成原因及应对措施分析

发布时间:2017-08-25 09:50   类型:基础知识   人浏览

在电能的生产、输送、供配以及使用的过程中均离不开高压开关柜,它是对电能进行调度与输送的关键电气设备之一,尤其是高压开关柜内部的电磁交融环境的稳定性更是直接决定了自身功能发挥的有效性。因此,一旦高压开关柜出现发热故障,并且没有能够得到及时有效的处理和解决时,便会大幅度增加高压开关柜的故障发生率,同时对供电可靠性产生影响。多年的工作经验显示:高压开关柜最容易出现发热故障的部位是其手车触头。一旦发生发热故障,不仅会严重损害设备自身的性能,而且需要比较长的检修周期,由此导致的经济损失也比较巨大。导致高压开关柜发热故障形成的过程不是一蹴而就的,而是一个“循序渐进”的过程。即处于不良工作环境当中或者自身出现异常情况时的高压开关柜接触面温度升高,同时电流发热效应的持续作用会促使触头温度逐渐提高。一旦这种温度升高趋势过快,致使触头温度高于高压开关柜内部电流互感器的额定耐热标准或者高于绝缘套管的耐热标准,便会导致电流互感器和绝缘套管的损坏,造成单相或两相问短路,最终使得该发热故障的破坏力被放大,波及到其他附属设备,最终供配电系统或者电力变压器的稳定性受到影响,甚至出现火灾,乃至爆炸。 

几乎所有的高压开关柜手车触头的连接均利用铜排,但是金属铜不仅具有良好的导电性能,更具有优秀的导热性能。高压开关柜在工作状态中形成的热量会使铜排快速加热,导致高压开关柜内部对应触头的开闭性能受到严重影响。一旦高压开关柜手车触头出现发热事故,如果要对高压开关柜进行全面系统地检修和修护时不仅过程麻烦,而且比较困难。即便经过检修维护处理,开关的电气性能也基本上得不到完全的恢复。 

高压开关柜发热故障的形成原因 

导致高压开关柜发热故障的原因比较多,但是综合起来主要有以下几个方面: 

(1)高压开关柜的安装工艺存在问题。在安装高压开关柜时需要严格依照设备的安装说明以及相关的技术标准。如果安装工艺出现了问题,便为高压开关柜埋下了故障隐患。例如,高压开关柜内部的小车式开关插嘴和固定式插头的位置不符合设计要求则导致小车式开关插嘴和固定式插头的“虚接”,两者的接触不可靠导致发热的问题。因此,需要专业人员监督设备的施工安装,并在设备安装完毕的测试验收环节认真把关,不为设备发热故障留下隐患。除此之外,在母线的加工、连接以及安装环节当中,彻底杜绝母线表面不光滑、不平整、未使用专用电力脂等等加工处理纰漏,避免因为这些失误和纰漏在无形当中增加了母线的接触电阻值,导致发热问题的出现。 

(2)设备的试验和检修人员未能认真履行工作职责。对高压开关柜的试验和检修需要相关的工作人员具备高度的责任心和认真履行工作职责的能力。通常情况下,试验人员和检修人员需要拆开高压开关柜的某些连接点进行连接,以便能够对设备进行准确的试验和检修。待试验和检修工作结束之后,则应该依照原样对高压开关柜设备进行连接。但是某些试验人员和检修人员责任心不够、工作态度不端正,直接忽视了某些细节问题。例如,紧固螺栓的接头一共有四个,但是在工作结束之后往往只安装其中的三个,甚至是只安装一个;或者是螺栓紧固程度不够,导致接触面的压力过小。如果线路负荷比较小,一般不会出现问题,但是一旦线路负荷突然增大,则过小的接触面积压力会直接导致接头出现过热问题,特别是电流互感器的连接点。如果接触面的压力过小,则出现接头过热问题的几率非常高。推行工作责任制之后,该问题得到了一定程度的缓解。 

(3)设备更新换代速度较慢,许多设备超期服役、元件老化变形问题突出。虽然我国在电网当中大力推行应用了众多的新工艺、新材料和新设备,促进了电网的优化改革,但是许多陈旧落后的高压开关柜设备仍然坚守在工作岗位。此举虽然表面上是降低了运行成本,但是电网运行的可靠性被无限地降低,出现故障和事故的可能性被大幅度提升。这些陈旧落后的高压开关柜设备内部的导体原材料纯度不够,降低了该导体材料的电导率。尽管断路器的工作条件正常,但是导流仍然能够发出很高的热量,使高压开关柜内部的温度处于不断升高的过程中。 (4)运行操作人员没有掌握高压开关柜的操作要领。运行操作人员操作刀闸与断路器的时候,导电触头会进入到母线室当中,使小车处于工作位置,行程开关会闭合,并且绿色指示灯亮起。在这个时候,运行操作人员应对小车进行轻轻地摇晃,确保小车完全合上,让动触头和静触头能够全面的接触,此时接触面的电阻值最低,发热问题也就得到了有效解决。 

(5)电力负荷的突然变化产生的不利影响。电力负荷是影响高压开关柜设备内部温度的重要因素,如果电力负荷能够持续保持在正常的范围之内,那么它所导致的高压开关柜设备温度上升一般不会超过75 。但是因为短路或者其他原因导致的电流急剧增加会显著提升电力负荷,高负荷冲击会加速高压开关柜设备薄弱环节的温度上升。一旦温度过高,则容易导致连接点材料氧化、变形、老化加剧等问题。如果这种问题没有被及时发现并得到有效处理,则下一次的高负荷冲击所造成的损害会在上一次损害的基础之上进行累计。一旦进入恶性循环,则接头的连接状况便会持续地恶化下去,最终导致接头熔断。

2   高压开关柜发热故障的应对措施 

(1) 目前经常使用柜内接头温度监视方法。通过触头测温监测开关柜内触点温度的运行情况(简称开关柜温度监测),可及时有效地防止开关柜的火灾发生。但由于开关柜全封闭运行,内部空间狭小且具有裸露高压,无法进行人工巡查测温,因此实现开关柜无源无线测温系统是保证高压开关柜安全运行的重要手段。DCT-6G无线通信式高压开关柜温度监测系统采用无线传输信号,隔离开关柜内的高压。从根本上解决了高压开关柜内触点运行温度不易监测的难题。

(2)通过监视开关柜内空气温度的方法来判断有无接头发热故障。总体方案是在每台开关柜顶的排气孔上安装一个温度传感器。如果空气温度达到规定值即发出报警信号;或是柜内空气温度与环境温度差值达到规定值时即报警,具体报警温度定值要通过试验的方法确定。我们先将传感器的温度信号经过模数转换后输入计算机作记录,然后将开关的负荷数据也存入同一台计算机,通过对比分析确定开关负荷与温度的关系曲线,根据温度曲线确定其报警温度值。报警信号由计算机发出,直接送到控制室。控制室内的值班员也可以通过计算机随时查询开关柜内的实时温度值。对于无人值班变电站,可以将过热信号作为一个遥测量,通过RTU直接送到监控中心。这一测温方法温度传感器安装方便简单、运行可靠、投入较小,技术成熟后可在变电站内大量应用。 

(3)铜管型母线的运用。10 kV开关柜的母线系统目前普遍采用矩形铜母线。这种铜母线在变电站开关10 kV的开关柜中受到尺寸的限制不能过大,但因为电流过大,必须采用多片铜排,这样自然会极大增加铜的消耗量。如果使用铜管形母线则会带来这样一些益处:A:铜管形母线在局部放电、集肤效应、电场均匀度、散热能力(其表面积大,线管内有足够的空间进行空气流通)、动热稳定等都强于矩形铜母线。B:减少铜材使用,节约成本。C:安装和使用更为方便。D:10kV开关柜母线系统如若应用铜管母线,其绝缘成本会很高。由于开关柜是~ 个密封的环境,可以沿用外套热缩形式。这样能使价格降低,再结合招标时对技术革新节约型产品的指导意见,则使单位成本能进一步降低。E:绝缘型铜线管母线在户外10 kV母线桥及户内列柜之间的母线桥上有很多年的使用经验,安全可靠。

总之,高压开关柜作为供配电企业非常重要的变电站设备,需要对其发热故障进行及时处理,提供电网系统的供电可靠性与供电经济性。对于高压开关柜发热故障,需要在明确发热原因的基础之上进行有效的处理。

 

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