引言

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

高壓開關柜主要由斷路器、刀閘、電流互感器、避雷器、一次設備等組成,圖1所示為手車式高壓柜結構示意圖。高壓柜內分為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等

級為IP42,各小室間防護等級為IP2x。

手車式高壓開關柜停電維護時,需要對柜內各一次設備進行維護。如圖1所示,當手車拉至"檢修"狀態時,高壓柜內靜觸頭因母線仍帶電導致無法進行維護,故必須在10kV母線停電時才能夠對靜觸頭進行檢查維護,是檢修維護的薄弱點之一。另外,手車式高壓開關柜由于其結構的特殊性,日常巡視中無法準確測量出動靜觸頭接觸處運行時的實際溫度,對開關小車的動靜觸頭運行狀況無法準確掌控,因此導致了移開式高壓開關柜運行故障時有發生。

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主變保護動作跳閘。

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

2017年10月10日15:45,運行人員將#1主變轉檢修。檢修人員到達現場后,將#1主變10kV側母橋伸縮節拆除,試驗人員對主變本體進行試驗,確認#1主變本體無故障。

220kV××站#1主變10kV側5014刀閘小車型號:汕頭經濟特區電器儀表成套廠,生產日期:2002年1月,投運日期:2002年9月。

檢修人員檢查刀閘小車室發現:

(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,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、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,發現三相下靜觸頭結構完好,但因電弧燒損留有明顯的灼燒痕跡。上靜觸頭C相銅排燒損嚴重,靜觸頭脫落,隔離小車室內部存在大量電弧燃燒后的粉末狀產物,高壓柜左側柜體出現燒融現象,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5014刀閘小車發生了嚴重的損壞,三相上動觸頭全部脫落,三相動觸頭絕緣護套全部破損。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,檢查發現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5014刀閘小車柜內有明顯的放電、灼燒痕跡。另外,C相銅排燒損嚴重,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柜體（地電位）之間發生放電,放電產生的高溫將C相上動靜觸頭、C相上銅排及柜體靠C相側燒熔,另外,放電產生的電弧跳動將A、B相的上動觸頭燒熔。

結合本次保護動作及現場檢查情況,判斷本次故障的直接原因為C相刀閘上動靜觸頭發熱,局部絕緣強度降低,柜體與C相上動觸頭發生放電,導致了C相上動靜觸頭及C相銅排燒熔,進而發展為三相故障。因為日常巡視維護中沒有有效的方法監測手車式開關柜的運行狀況,導致設備長時間處于發熱狀態都無法被獲知,最終導致了該起放電故障的發生。動靜觸頭接觸不良的原因在于開關柜在制造工作中不可避免會存在配合誤差,當刀閘小車推進時,若動觸頭與靜觸頭配合度出現偏差時,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,從而導致了動靜觸頭的發熱狀況。

2改進措施

近幾年來公司內部先后發生了7起隔離小車柜接觸不良發熱引發的短路故障。經分析,設計不合理、加工工藝不良是導致隔離小車柜質量問題多發的主要原因。其中包括部分廠家生產的隔離小車的觸臂采用互感器作為支撐,直接導致觸臂移位、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造、施工中的管控、驗收時的嚴謹性這三個階段對設備進行全過程的監控,才能杜絕因設計不合理、施工工藝不過關導致安全隱患或者安全事故的發生。

(1）源頭把關,監造人員必須熟悉高壓柜監造的技術規范及要點,嚴格按照技術規范進行作業,對于不符合規范要求、試驗不合格的產品不允許出廠:

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

(3）驗收嚴謹,嚴格按照高壓柜驗收規范進行驗收,對于驗收過程中發現的問題進行記錄,并跟蹤其整改情況,做到設備零缺陷投運。

且由于歷史原因,運行中的隔離小車柜普遍未進行溫升型式試驗驗證,致使隔離小車柜存在潛在發熱隱患。公司的相關規定中關于隔離小車的運維條款不太具有針對性,基層單位在維護中易忽略對隔離小車的維護。結合近年來的故障分析情況,不斷完善開關小車和隔離小車柜的技術標準條款要求及技術規范,以解決測溫難、巡視難等問題,可采用以下兩種新技術進行改進。

(1）在導電臂上內嵌無線測溫裝置,通過無線傳輸技術將實時溫度發送至后臺終端,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、無線傳輸技術將數據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,保證設備健康運行。

(2）使用透明絕緣材料做觸頭防護罩,并在柜內安裝微型攝像頭,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。

根據公司發布的設計要求,隔離小車在雙分支母線的接線方式中起到聯絡作用。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,主變低壓側與限流電抗器之間不設隔離開關",從設計環節取消了隔離小車柜。因此,我們有必要對運行中的單分支母線隔離小車柜進行梳理,必要時將其拆除,從根本上杜絕事故的發生。

3結語

變電站的高壓開關柜、隔離小車柜是電力系統常見的電氣設備之一,在實際應用過程中由于受到各種復雜因素的影響,可能會出現諸多問題,因此我們必須從設備管理、技術要求、運維規范、設計完善等層面入手,制定相應的對策措施,以確保電力設施健康穩定運行。