10kV_KYN型開關設備在運行中存在的問題及解決方案

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

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設備為例,結合實際工作中的切身體會,對開關柜在生產運行中出現的不足進行分析,并提出相應的解決方案。

關鍵詞 10kV開關柜 存在問題 解決方案 引言 隨著近年來國民經濟的高速增長,電網發(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設備(以下簡稱開關柜)因具有結構緊湊合理、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)中得到廣泛應用。但在實際應用中,開關柜本身存在的一些不足也隨之出現,如主變低壓進線開關柜容易過熱、柜內缺少溫度監(jiān)視系統(tǒng)等,這些問題如不找到應對措施將給安全生產埋下隱患。以下就開關柜存在的問題 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 開關柜的過熱問題 開關柜受各種因素的影響容易產生過熱現象,嚴重時將大大降低設備絕緣危及設備安全運行。其中以主變低壓進線(母聯)開關柜最為突出,下面就以此類型開關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柜•的高壓帶電部分和觸及運動部分,以及克服敞開式開關柜容易進入異物引起設備短路的缺點廠家一般都是根據國標DL/T404-1997《戶內交流高壓開關柜訂貨技術條件》652中對防護等級分類規(guī)定進行設計的,如表1所示。 一般,現在的開關柜的防護等級定為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,極易出現散熱不暢、溫度較高的情況,導致元件絕緣性能經長時間運行后變質、劣化構成了絕緣弱點。近年來絕緣薄弱引起設備障礙或事故呈逐年遞增的情況。因此對于柜內散熱不暢的現象,應高度重視。 一些單位和廠家通常將4000A以下的開關柜的觀察窗改成通風窗,而較少采用貫流風機(以下簡稱風機)主動散熱的方式,一般來說原因有三點:(1)現在風機一般只在大電流(4000A及以上)開關柜采用(如ABB公司在大電流開關柜(4000A)所采用的風機);(2)國內生產這種風機的廠家較少,質量得不到保證,開關柜均裝設風機,投資成本加大;(3)風機運行所帶來的灰塵影響開關柜內絕緣,且噪聲較大。然而本人認為將觀察窗改成通風窗的做法有其不安全因素(見2.2),提倡在柜上裝設風機,室內裝設空調,二者結合降溫。采用該散熱方法時應降低風機轉速,增加清掃維護頻率減小風機所攜灰塵對設備絕緣的影響,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 柜內設備發(fā)熱 母排、刀閘等均安裝在主變1。kV側開關柜狹小的空間中,它們產生的熱量對柜內溫度的影響不容忽視。  2.1.2.1 母排過熱 母排間間距較小,銅材質量不過關,截面積較小,且母排連接點較多,容易氧化、接觸不良,導致連接點溫度高,在柜內溫度較高時導致母排載流能力降低,載流量減小。應特別指出的是現有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,必要時可對開關柜泄壓通道進行一定的改造;(3)采用質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、鍍銀在設備投入、母排清掃時用凡士林、導電膏涂抹,降低接觸電阻;(5)增加柜內的散熱措施。  2.1.2.2 刀閘過熱 近年來因開關柜斷路器手車的隔離觸頭接觸不良發(fā)熱引發(fā)的設備事故呈逐年遞增的態(tài)勢。限于開關柜自身結構,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。因此在新設備驗收中應嚴格把關,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,應對隔離觸頭做重點維護;對隔離觸頭的螺絲、彈簧應細致檢查,彈簧應定期更換,以有效防止彈簧經隔離觸頭的多次合分后老化導致隔離觸頭銜接過松;維護時在隔離觸頭上用凡士林、導電膏涂抹,降低接觸電阻。  2.1.2.3 電流互感器發(fā)熱問題 目前,柜內電流互感器(CT)普遍采用全密封環(huán)氧樹脂澆注式結構。但對于大電流回路中,因其結構的限制,增加兩個接頭連接發(fā)熱源,全密封澆注式結構一次繞組及鐵心散熱效果均較差,導致實際應用中大電流運行時內部CT發(fā)熱問題嚴重。根據我局的運行經驗,對于額定電流2000A及以上的柜內CT,在保證內部安全距離的前提下,盡量改用穿芯式結構CT改善CT散熱條件,實際運行經驗證明效果良好。  2.1.2.4 柜內設備負荷較大 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)。特別是在站內一臺變壓器轉檢修時,運行中的主變容易出現滿載、過載現象,主變低壓進線(母聯)開關柜中所流過的電流較大造成內部元件發(fā)熱量大。在這種供用電形勢下電力調度機構應合理安排電網的運行方式,做好負荷預測,減少設備檢修工作檢修次數保證檢修質量,減少重復停電。  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,加上設備本身散發(fā)的熱量,室內無通風設施,室內環(huán)境溫度過高。對此可在開關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。以往普遍采用的溫控排風扇,降溫效果不明顯、噪聲較大增大了室內的灰塵、濕氣的進入量,不利于室內設備的運行,可以用空調代替。  2.1.4 維護的問題 廠家在介紹開關柜常用"免維護"來形容。這樣容易引導檢修、運行人員進入一種誤區(qū)一可以少維護、不維護,從而在設備檢修清掃時忽視了對柜內灰塵及蜘蛛網等的清除,降低了設備的絕緣性能,同時也讓本為狹小的柜內空間,散熱條件更為惡劣。  2.2 觀察窗的局限性 GB 3906-91《3～35kV交流金屬封閉開關設備》6.1.6對觀察窗的規(guī)定如下:"觀察窗應達到外亮所規(guī)定的防護等級。觀察窗應使用機械強度與外殼相近的透明阻燃材料遮蓋并應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,應便于觀察內部運行中的設備。"可見國標并未對開關柜觀察窗的個數、面積、裝設位置以及清晰度作出非常明確的規(guī)定,這使得開關柜柜后(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)一般只在柜后裝設一個長型的鋼化玻璃觀察窗。像我局西郊變10kV#2戶內所用變采用的福達電氣工程有限公司生產的開關柜柜后甚至未設觀察窗。 (2)柜后觀察窗裝設位置、面積的限制,運行人員無法清楚觀察植內設備情況。以裝設在柜后中部的為例: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側開關柜母排、CT的情況;對柜內設備測溫時,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。測溫儀測得的柜內設備溫度數據應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據高出13℃(厚度不計)。 將觀察窗改成通風窗的做法也值得商榷:首先,一些開關柜原來并未設通風窗即使將觀察窗改造成通風窗,也無法使空氣對流,達不到預期的散熱效果;其次,開關柜內部的絕緣都是以觀察窗密封為前提設計的,人為改成通風窗后灰塵、潮氣很容易進入柜內,容易引起柜內絕緣降低•再次當設備內部發(fā)生短路故障時,柜內空氣的壓力本應通過泄壓通道排出,但觀察窗改造后即從這里排出這樣可能會對現場人員造成嚴重的傷害。  2.3 柜內缺少溫度監(jiān)視系統(tǒng) 現今對于開關柜內部溫度過高導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_關柜內裝設溫度測量裝置與電流繼電器相配合啟動風機,當柜內溫度或繼電器中電流達到一定值便啟動風機降溫。風機啟動后若溫度不能降低繼續(xù)升高,達到一定值時,將生產發(fā)告警信號,通知值班員及時處理?；蛑谎b設溫度測量裝置當柜內溫度一超過整定值就發(fā)告警信號。 由于開關柜內設備有著較高電壓,如采用在線測溫只能通過紅外測溫裝置進行不接觸測溫?？紤]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)熱的設備上裝設單點式紅外測溫裝置。  2.4 保護方面 10kV母線上的設備容易受到設備制造工藝、安裝質量,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開關柜對保護的要求當10kV設備發(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在市場上銷售的開關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設備和控制設備》生產的,標準中規(guī)定的內部燃弧時間是100ms。也就是說開關柜可以承受的電弧燃燒時間為100ms。所以,保護裝置應在小于100ms時間內切除故障,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,設備的損壞程度不同,國外進行了相關試驗,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。據有關資料統(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致損壞的事故,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側短路引起的事故最多,占事故總數的64.7%,如表3所示。 表4列出了短路損壞變壓器按照設備損壞程序統(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 現有母線保護的局限及對策 我省現有的10kV母線基本上只采用主變低壓復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,即使主變的低壓復壓過流保護正確動作將10kV母線電源切除,仍會出現多個設備間隔嚴重損壞,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。因此為了保證設備的安全運行和不擴大事故范圍,應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,對開關柜各單元室的總故障清除時間可控制在100ms以內。其基本原理是利用弧光傳感器作為光感應元件分布安裝于開關間隔中,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,轉換成電流信號作用于電源斷路器。國內相關廠家也對電弧光保護進行相關的研究。  2.5 帶電顯示裝置方面 目前推廣的全封閉型"五防"開關柜,主要以前面面板上裝設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。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,從而產生誤合接地刀閘的惡性事故。一些單位在線路轉檢修無法判斷帶電顯示裝置是否正常時,由調度值班員負責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自動化建設,實現對設備運行狀態(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變化情況作為合接地刀閘的依據。這在2005年3月1日開始實施的《國家電網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中有了相應規(guī)定:"對無法進行直接驗電的設備,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,且至少應有兩個及以上指示己同時發(fā)生對應變化•若進行遙控操作,則應同時檢查隔離開關(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,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)境里亮度受到沖刷,顯示性較差。因此應采用閃動發(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(開關柜門)。  3 結束語 10kV戶內開關柜由于體積小、結構緊湊、"五防"功能完善、操作簡易可靠等優(yōu)點給我們的生產、運行和檢修與維護帶來了極大的便利及安全保障,在現代電網建設中發(fā)揮著越來越重要的作用。但在實際生產運行中,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的改進措施,才能更好保障電網的安全生產。本人通過觀察和思考,結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。