高壓開關(guān)柜的種類及常見故障分析

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高壓開關(guān)柜是電力系統(tǒng)中非常重要的電氣設(shè)備。開關(guān)柜運(yùn)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(guān)柜60508開關(guān)發(fā)生閃爆，導(dǎo)致整個(gè)裝置停車，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

一、高壓開關(guān)柜的種類 （一）戶外式及戶內(nèi)式 從高壓開關(guān)柜的安置來分，可分為戶外式和戶內(nèi)式兩種,10KV及以下多采用戶內(nèi)式。根據(jù)一次線路方案的不同,可分為進(jìn)出線開關(guān)柜、聯(lián)絡(luò)油開關(guān)柜、母線分段柜等。10KV進(jìn)出線開關(guān)柜內(nèi)多安裝少油斷路器或真空斷路器,斷路器所配的操動(dòng)機(jī)構(gòu)多為彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)或電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu),也有配手動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)或永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的。不同的開關(guān)柜在結(jié)構(gòu)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(guān)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(xí)慣采用移開式開關(guān)柜，而供電系統(tǒng)用固定柜較多。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和新產(chǎn)品的不斷開發(fā)成功，很多習(xí)慣用法也在發(fā)生變化。例如金屬鎧裝移開式開關(guān)柜就是在固定式開關(guān)柜的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。金屬鎧裝移開式開關(guān)柜為全封閉結(jié)構(gòu)，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(yùn)行的安全可靠性大為提高。 （三）高壓開關(guān)柜的發(fā)展 近年來，隨著小型真空斷路器技術(shù)的開發(fā)和推廣，中置式開關(guān)柜作為金屬封閉鎧裝移開式開關(guān)設(shè)備的新開發(fā)得到了很快發(fā)展。中置柜的優(yōu)點(diǎn)比較多，最重要的是手車小型化和制作工藝的機(jī)械化，使手車與導(dǎo)軌的制作更精確。甚至有不少廠家的產(chǎn)品，其手車包括主斷路器和柜體不必在廠內(nèi)一對(duì)一調(diào)試，出廠時(shí)分別發(fā)貨到現(xiàn)場(chǎng)后，也很容易調(diào)試成功，同樣可保證手車進(jìn)出靈活方便。因該產(chǎn)品互換性好，受現(xiàn)場(chǎng)地面水平條件的影響很小。這種金屬鎧裝移開式開關(guān)柜運(yùn)行安全可靠，檢修維護(hù)方便。因此供電系統(tǒng)采用的也越來越多了。 二、高壓開關(guān)柜常見故障分析 分析其原因高壓開關(guān)柜故障原因，多發(fā)生在絕緣、導(dǎo)電和機(jī)械方面。 （一）拒動(dòng)、誤動(dòng)故障　 這種故障是高壓開關(guān)柜最主要的故障，其原因可分為兩類。一類是因操動(dòng)機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械故障造成，具體表現(xiàn)為機(jī)構(gòu)卡澀，部件變形、位移或損壞，分合閘鐵芯松動(dòng)、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(dòng)，接線錯(cuò)誤，分合閘線圈因機(jī)構(gòu)卡澀或轉(zhuǎn)換開關(guān)不良而燒損，輔助開關(guān)切換不靈，以及操作電源、合閘接觸器、微動(dòng)開關(guān)等故障。 （二）開斷與關(guān)合故障　 這類故障是由斷路器本體造成的，對(duì)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(guān)合時(shí)爆炸等。對(duì)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(yùn)行電壓和各種過電壓)、各種限壓措施、絕緣強(qiáng)度這三者之間的關(guān)系。力求使產(chǎn)品做到既安全又經(jīng)濟(jì)，得到最佳的經(jīng)濟(jì)效益。在絕緣方面的故障主要表現(xiàn)為外絕緣對(duì)地閃絡(luò)擊穿，內(nèi)絕緣對(duì)地閃絡(luò)擊穿，相間絕緣閃絡(luò)擊穿，雷電過電壓閃絡(luò)擊穿，瓷瓶套管、電容套管閃絡(luò)、污閃、擊穿、爆炸，提升桿閃絡(luò)，CT閃絡(luò)、擊穿、爆炸，瓷瓶斷裂等。 （四）載流故障　 72～12KV電壓等級(jí)發(fā)生的載流故障主要原因是開關(guān)柜隔離插頭接觸不良導(dǎo)致觸頭燒融。 （五）外力及其他故障　 包括異物撞擊，自然災(zāi)害，小動(dòng)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(guān)柜的使用和故障檢測(cè) 雖然在購買使用高壓開關(guān)柜之前，相應(yīng)的驗(yàn)收檢查工作已經(jīng)展開，但是在現(xiàn)實(shí)中難免有先天性質(zhì)量問題的設(shè)備投入運(yùn)行，另外，由于外力及機(jī)器老化的原因，高壓開關(guān)柜也很難保持永久的安全使用狀態(tài)。作為補(bǔ)救措施，用戶必須加強(qiáng)對(duì)高壓開關(guān)柜的檢測(cè)工作。只要及時(shí)發(fā)現(xiàn)和檢出異常所在，就能避免事故的發(fā)生。 （一）機(jī)械故障的檢測(cè)、使用 很多統(tǒng)計(jì)資料表明，開關(guān)柜機(jī)械故障發(fā)生的比例最高。這是因?yàn)榕c機(jī)械操作相關(guān)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(guān)的操作是沒有規(guī)律的，有時(shí)候很長(zhǎng)時(shí)間也不操作一次，有時(shí)候卻要連續(xù)動(dòng)作。另外，還受一年四季環(huán)境變化的影響。所以機(jī)械故障特別是拒動(dòng)故障是發(fā)生概率最高的。 要保證開關(guān)設(shè)備的操作機(jī)構(gòu)性的可靠性，需經(jīng)過考驗(yàn)驗(yàn)證。例如真空斷路器制造廠在產(chǎn)品出廠前，往往要在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的高低操作電壓下進(jìn)行機(jī)械操作數(shù)百次，如果有故障，就在出廠前進(jìn)行處理。其次，開關(guān)柜內(nèi)所有部件，特別是動(dòng)作的部件包括各處的緊固螺釘、彈簧和拉桿，強(qiáng)度要足夠，結(jié)構(gòu)要可靠，要經(jīng)得住長(zhǎng)期運(yùn)行的考驗(yàn)。 要保證電氣回路良好的連通性，合、分閘線圈、輔助開關(guān)等元件的性能都要有保證。因?yàn)槭谴?lián)回路，回路中的各個(gè)開關(guān)、熔斷器以及各個(gè)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(diǎn)接地或多點(diǎn)接地，就可能使開關(guān)發(fā)生誤動(dòng)，如果直流回路導(dǎo)通不好或電源不正常，就會(huì)發(fā)生拒動(dòng)事故。 無論制造廠和運(yùn)行單位，都應(yīng)把工作做好做扎實(shí)。以使機(jī)械方面的故障降低到最小。 （二）絕緣水平的檢測(cè) 原則上講，電壓等級(jí)越高，對(duì)絕緣水平的選取更為關(guān)注。對(duì)于中壓等級(jí)，往往希望通過增加不多的費(fèi)用，將絕緣水平取得略為偏高一點(diǎn)、使得運(yùn)行更安全。 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB311.1-1997推薦了四種沖擊耐受電壓試驗(yàn)方法，對(duì)于非自恢復(fù)絕緣為主的設(shè)備可采用3次法，非自恢復(fù)絕緣和自恢復(fù)絕緣組成的復(fù)合絕緣的設(shè)備可使用3/9次法，而復(fù)合絕緣的設(shè)備則一般采用15次法。目前高壓開關(guān)柜的雷電沖擊耐壓試驗(yàn)多采用15次法，實(shí)際上在中壓等級(jí)設(shè)備達(dá)到要求的外絕緣的最小空氣尺寸，例如l0kV等級(jí)設(shè)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(dá)到試驗(yàn)的目的。 在實(shí)際檢測(cè)中，還需考慮到同樣絕緣水平的產(chǎn)品，不同地方的運(yùn)行情況相差很大。影響電氣設(shè)備在運(yùn)行中絕緣性能是否可靠的因素除了設(shè)備本身的絕緣水平外，還有過電壓保護(hù)措施、環(huán)境條件、運(yùn)行狀況和設(shè)備隨使用時(shí)間的老化等等，必須綜合考慮這些因素的作用。 （三）導(dǎo)電回路檢測(cè) 在運(yùn)行設(shè)備中所發(fā)生的導(dǎo)電回路故障或事故表明，一旦存在導(dǎo)電回路接觸不良，問題會(huì)隨著時(shí)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(jìn)一步加大，直至事故發(fā)生。為此，廠方也要嚴(yán)格型式試驗(yàn)中的溫升試驗(yàn)項(xiàng)目，對(duì)于批量生產(chǎn)的品種，還應(yīng)用額定電流下溫升試驗(yàn)進(jìn)行定期或不定期的抽試。尤其是大額定電流開關(guān)柜，宜對(duì)每臺(tái)產(chǎn)品進(jìn)行溫升試驗(yàn)驗(yàn)證。 按規(guī)程規(guī)定，用大電流直流壓降法測(cè)量回路電阻，就是防止導(dǎo)電回路事故的一種方法。由于回路電阻測(cè)量的使用電流受到限制，就是測(cè)量結(jié)果合格，但在運(yùn)行中仍然發(fā)生載流事故的已有好多次。實(shí)踐表明這并不是一種十分可靠的辦法，不應(yīng)完全依賴它。 對(duì)于用戶來說，產(chǎn)品投運(yùn)后要對(duì)其載流量和穩(wěn)定性做到心中有數(shù)，要確保設(shè)備的可靠、安全運(yùn)行。在產(chǎn)品投運(yùn)初期，加強(qiáng)監(jiān)視是十分必要的，在高峰負(fù)荷以及夏季環(huán)境溫度較高時(shí)，監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)尤其重要。例如可采用紅外測(cè)溫等方法來監(jiān)視設(shè)備的發(fā)熱情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛伏的不正常發(fā)熱現(xiàn)象。 結(jié)論：設(shè)備發(fā)生了故障，一般會(huì)認(rèn)為是設(shè)備質(zhì)量差、檔次低造成的，于是往往在加強(qiáng)設(shè)備指標(biāo)水平上下功夫。其實(shí)設(shè)備的絕緣水平等指標(biāo)不可能也不應(yīng)盲目地加強(qiáng)，對(duì)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(hù)和運(yùn)行環(huán)境方面進(jìn)行工作，這樣才能收到事半功倍的效果。我們應(yīng)該正確使用、合理檢測(cè)開關(guān)設(shè)備，保證其在絕緣、導(dǎo)電、機(jī)械操作以及開斷性能方面可靠安全，并在長(zhǎng)期運(yùn)行中經(jīng)得起時(shí)間的考驗(yàn)。