10kV隔离小车故障原因分析及改进对策舒霖铿倪惠浩

引言

高压开关柜是金属封闭开关设备的俗称,是按一定的电路方案将有关电气设备组装在一个封闭的金属外壳内的成套电气装置,高压柜是变电站的主要一次设备之一,是电网与用户相连接的桥梁,实际运用中主要发挥控制、保护等功能。高压柜在运行中的健康状况,直接关系到电网的安全和供电可靠性。

高压开关柜主要由断路器、刀闸、电流互感器、避雷器、一次设备等组成,图1所示为手车式高压柜结构示意图。高压柜内分为A、B、C、D四个单独的隔室:手车室、主母线室、电缆室、继电器仪表室。四个柜室用隔板隔开,高压柜体外壳的防护等

级为IP42,各小室间防护等级为IP2x。

手车式高压开关柜停电维护时,需要对柜内各一次设备进行维护。如图1所示,当手车拉至"检修"状态时,高压柜内静触头因母线仍带电导致无法进行维护,故必须在10kV母线停电时才能够对静触头进行检查维护,是检修维护的薄弱点之一。另外,手车式高压开关柜由于其结构的特殊性,日常巡视中无法准确测量出动静触头接触处运行时的实际温度,对开关小车的动静触头运行状况无法准确掌控,因此导致了移开式高压开关柜运行故障时有发生。

1实际案例分析

1.1案例基本情况

2017年10月10日13:36,220kV××站#1主变保护动作跳闸。

2017年10月10日14:00,运行人员到达××站,现场检查发现#1主变电抗器室门打开,室内有黑烟,且有难闻异味。运行人员进入高压1室检查发现,电抗器室的#1主变10kV侧5014刀闸小车柜冒烟,二次端子室有明火出现。

2017年10月10日15:45,运行人员将#1主变转检修。检修人员到达现场后,将#1主变10kV侧母桥伸缩节拆除,试验人员对主变本体进行试验,确认#1主变本体无故障。

220kV××站#1主变10kV侧5014刀闸小车型号:汕头经济特区电器仪表成套厂,生产日期:2002年1月,投运日期:2002年9月。

检修人员检查刀闸小车室发现:

(1）小车C相上部动触臂烧熔掉落且不见本体,A、B两相动触臂见熔断掉落柜内,动触臂梅花触头尚见,下部动触臂均未掉落且可见。上触臂三相触头绝缘盒以及触头盒固定铝座受电弧高温燃烧。上部动触臂进、出线端的铝固定座烧熔和上下连接铜柱烧毁散落,如图2所示。

图2刀闸小车故障示意图

(2）将刀闸小车移出,发现三相下静触头结构完好,但因电弧烧损留有明显的灼烧痕迹。上静触头C相铜排烧损严重,静触头脱落,隔离小车室内部存在大量电弧燃烧后的粉末状产物,高压柜左侧柜体出现烧融现象,如图3所示。

1.2故障原因分析

如图2所示,220kV××站#1主变10kV侧5014刀闸小车发生了严重的损坏,三相上动触头全部脱落,三相动触头绝缘护套全部破损。A、B两相动触头梅花触指排列整齐,触指未有明显烧蚀,紧固弹簧在正常工作位置,检查发现C相动触头有明显的烧蚀遗留的痕迹。如图3所示,220kV×x站#1主变10kV侧5014刀闸小车柜内有明显的放电、灼烧痕迹。另外,C相铜排烧损严重,上静触头脱落,从而明确本次故障为刀闸小车C相上动静触头接触位置与对应柜体（地电位）之间发生放电,放电产生的高温将C相上动静触头、C相上铜排及柜体靠C相侧烧熔,另外,放电产生的电弧跳动将A、B相的上动触头烧熔。

结合本次保护动作及现场检查情况,判断本次故障的直接原因为C相刀闸上动静触头发热,局部绝缘强度降低,柜体与C相上动触头发生放电,导致了C相上动静触头及C相铜排烧熔,进而发展为三相故障。因为日常巡视维护中没有有效的方法监测手车式开关柜的运行状况,导致设备长时间处于发热状态都无法被获知,最终导致了该起放电故障的发生。动静触头接触不良的原因在于开关柜在制造工作中不可避免会存在配合误差,当刀闸小车推进时,若动触头与静触头配合度出现偏差时,会造成动触头梅花触指与静触头接触异常,部分梅花触指存在虚接或未接触问题,从而导致了动静触头的发热状况。

2改进措施

近几年来公司内部先后发生了7起隔离小车柜接触不良发热引发的短路故障。经分析,设计不合理、加工工艺不良是导致隔离小车柜质量问题多发的主要原因。其中包括部分厂家生产的隔离小车的触臂采用互感器作为支撑,直接导致触臂移位、动静触头配合度偏差的问题,此外,还有一些厂家生产的隔离小车通流能力不足,动静触头接触不良。针对此类问题,我们必须从出厂前的监造、施工中的管控、验收时的严谨性这三个阶段对设备进行全过程的监控,才能杜绝因设计不合理、施工工艺不过关导致安全隐患或者安全事故的发生。

(1）源头把关,监造人员必须熟悉高压柜监造的技术规范及要点,严格按照技术规范进行作业,对于不符合规范要求、试验不合格的产品不允许出厂:

(2）施工管控,高压柜从进站安装到投运运行,检修人员必须保证有人在场,对安装过程中的各个关键点都要进行严格把控,保证安装质量达到要求:

(3）验收严谨,严格按照高压柜验收规范进行验收,对于验收过程中发现的问题进行记录,并跟踪其整改情况,做到设备零缺陷投运。

且由于历史原因,运行中的隔离小车柜普遍未进行温升型式试验验证,致使隔离小车柜存在潜在发热隐患。公司的相关规定中关于隔离小车的运维条款不太具有针对性,基层单位在维护中易忽略对隔离小车的维护。结合近年来的故障分析情况,不断完善开关小车和隔离小车柜的技术标准条款要求及技术规范,以解决测温难、巡视难等问题,可采用以下两种新技术进行改进。

(1）在导电臂上内嵌无线测温装置,通过无线传输技术将实时温度发送至后台终端,自动计算温升,判断是否存在缺陷,并向运行人员发出警报,通过此方法来解决测温难问题。无线测温装置主要由三部件组成,分别为无线测温接收装置、无线测温传感器、无线传感器安装底板。无线测温传感器通过无线传感器安装底板安装在需要测温的部位,无线测温传感器通过自带的锂电池供电,通过射频技术、无线传输技术将数据传输至无线测温接收装置,这样就可以获得接触部位的实时温度,保证设备健康运行。

(2）使用透明绝缘材料做触头防护罩,并在柜内安装微型摄像头,摄像头采用自带的锂电池供电,通过无线传输技术将触头接触过程、效果通过无线实时传输,让运行人员在操作过程中能时刻观察到操作效果,保证手车动静触头配合良好,不出现偏差,巡视人员可在巡视过程中检查各个触头的运行情况,从而解决手车高压柜巡视难的问题。

根据公司发布的设计要求,隔离小车在双分支母线的接线方式中起到联络作用。对于单分支母线接线方式功能作用不明确,此接线方式下的隔离小车在实际运行中存在的必要性不足。公司已明确"配置有限流电抗器的新建变电站,主变低压侧与限流电抗器之间不设隔离开关",从设计环节取消了隔离小车柜。因此,我们有必要对运行中的单分支母线隔离小车柜进行梳理,必要时将其拆除,从根本上杜绝事故的发生。

3结语

变电站的高压开关柜、隔离小车柜是电力系统常见的电气设备之一,在实际应用过程中由于受到各种复杂因素的影响,可能会出现诸多问题,因此我们必须从设备管理、技术要求、运维规范、设计完善等层面入手,制定相应的对策措施,以确保电力设施健康稳定运行。