10kV隔離小車故障原因分析及改進(jìn)對(duì)策舒霖鏗倪惠浩

引言

高壓開(kāi)關(guān)柜是金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備的俗稱,是按一定的電路方案將有關(guān)電氣設(shè)備組裝在一個(gè)封閉的金屬外殼內(nèi)的成套電氣裝置,高壓柜是變電站的主要一次設(shè)備之一,是電網(wǎng)與用戶相連接的橋梁,實(shí)際運(yùn)用中主要發(fā)揮控制、保護(hù)等功能。高壓柜在運(yùn)行中的健康狀況,直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全和供電可靠性。

高壓開(kāi)關(guān)柜主要由斷路器、刀閘、電流互感器、避雷器、一次設(shè)備等組成,圖1所示為手車式高壓柜結(jié)構(gòu)示意圖。高壓柜內(nèi)分為A、B、C、D四個(gè)單獨(dú)的隔室:手車室、主母線室、電纜室、繼電器儀表室。四個(gè)柜室用隔板隔開(kāi),高壓柜體外殼的防護(hù)等

級(jí)為IP42,各小室間防護(hù)等級(jí)為IP2x。

手車式高壓開(kāi)關(guān)柜停電維護(hù)時(shí),需要對(duì)柜內(nèi)各一次設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。如圖1所示,當(dāng)手車?yán)?檢修"狀態(tài)時(shí),高壓柜內(nèi)靜觸頭因母線仍帶電導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行維護(hù),故必須在10kV母線停電時(shí)才能夠?qū)o觸頭進(jìn)行檢查維護(hù),是檢修維護(hù)的薄弱點(diǎn)之一。另外,手車式高壓開(kāi)關(guān)柜由于其結(jié)構(gòu)的特殊性,日常巡視中無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量出動(dòng)靜觸頭接觸處運(yùn)行時(shí)的實(shí)際溫度,對(duì)開(kāi)關(guān)小車的動(dòng)靜觸頭運(yùn)行狀況無(wú)法準(zhǔn)確掌控,因此導(dǎo)致了移開(kāi)式高壓開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行故障時(shí)有發(fā)生。

1實(shí)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(hù)動(dòng)作跳閘。

2017年10月10日14:00,運(yùn)行人員到達(dá)××站,現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)#1主變電抗器室門打開(kāi),室內(nèi)有黑煙,且有難聞異味。運(yùn)行人員進(jìn)入高壓1室檢查發(fā)現(xiàn),電抗器室的#1主變10kV側(cè)5014刀閘小車柜冒煙,二次端子室有明火出現(xiàn)。

2017年10月10日15:45,運(yùn)行人員將#1主變轉(zhuǎn)檢修。檢修人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后,將#1主變10kV側(cè)母橋伸縮節(jié)拆除,試驗(yàn)人員對(duì)主變本體進(jìn)行試驗(yàn),確認(rèn)#1主變本體無(wú)故障。

220kV××站#1主變10kV側(cè)5014刀閘小車型號(hào):汕頭經(jīng)濟(jì)特區(qū)電器儀表成套廠,生產(chǎn)日期:2002年1月,投運(yùn)日期:2002年9月。

檢修人員檢查刀閘小車室發(fā)現(xiàn):

(1）小車C相上部動(dòng)觸臂燒熔掉落且不見(jiàn)本體,A、B兩相動(dòng)觸臂見(jiàn)熔斷掉落柜內(nèi),動(dòng)觸臂梅花觸頭尚見(jiàn),下部動(dòng)觸臂均未掉落且可見(jiàn)。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(dòng)觸臂進(jìn)、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(fā)現(xiàn)三相下靜觸頭結(jié)構(gòu)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(yán)重,靜觸頭脫落,隔離小車室內(nèi)部存在大量電弧燃燒后的粉末狀產(chǎn)物,高壓柜左側(cè)柜體出現(xiàn)燒融現(xiàn)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(cè)5014刀閘小車發(fā)生了嚴(yán)重的損壞,三相上動(dòng)觸頭全部脫落,三相動(dòng)觸頭絕緣護(hù)套全部破損。A、B兩相動(dòng)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(fā)現(xiàn)C相動(dòng)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(cè)5014刀閘小車柜內(nèi)有明顯的放電、灼燒痕跡。另外,C相銅排燒損嚴(yán)重,上靜觸頭脫落,從而明確本次故障為刀閘小車C相上動(dòng)靜觸頭接觸位置與對(duì)應(yīng)柜體（地電位）之間發(fā)生放電,放電產(chǎn)生的高溫將C相上動(dòng)靜觸頭、C相上銅排及柜體靠C相側(cè)燒熔,另外,放電產(chǎn)生的電弧跳動(dòng)將A、B相的上動(dòng)觸頭燒熔。

結(jié)合本次保護(hù)動(dòng)作及現(xiàn)場(chǎng)檢查情況,判斷本次故障的直接原因?yàn)镃相刀閘上動(dòng)靜觸頭發(fā)熱,局部絕緣強(qiáng)度降低,柜體與C相上動(dòng)觸頭發(fā)生放電,導(dǎo)致了C相上動(dòng)靜觸頭及C相銅排燒熔,進(jìn)而發(fā)展為三相故障。因?yàn)槿粘Ｑ惨暰S護(hù)中沒(méi)有有效的方法監(jiān)測(cè)手車式開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行狀況,導(dǎo)致設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間處于發(fā)熱狀態(tài)都無(wú)法被獲知,最終導(dǎo)致了該起放電故障的發(fā)生。動(dòng)靜觸頭接觸不良的原因在于開(kāi)關(guān)柜在制造工作中不可避免會(huì)存在配合誤差,當(dāng)?shù)堕l小車推進(jìn)時(shí),若動(dòng)觸頭與靜觸頭配合度出現(xiàn)偏差時(shí),會(huì)造成動(dòng)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(wèn)題,從而導(dǎo)致了動(dòng)靜觸頭的發(fā)熱狀況。

2改進(jìn)措施

近幾年來(lái)公司內(nèi)部先后發(fā)生了7起隔離小車柜接觸不良發(fā)熱引發(fā)的短路故障。經(jīng)分析,設(shè)計(jì)不合理、加工工藝不良是導(dǎo)致隔離小車柜質(zhì)量問(wèn)題多發(fā)的主要原因。其中包括部分廠家生產(chǎn)的隔離小車的觸臂采用互感器作為支撐,直接導(dǎo)致觸臂移位、動(dòng)靜觸頭配合度偏差的問(wèn)題,此外,還有一些廠家生產(chǎn)的隔離小車通流能力不足,動(dòng)靜觸頭接觸不良。針對(duì)此類問(wèn)題,我們必須從出廠前的監(jiān)造、施工中的管控、驗(yàn)收時(shí)的嚴(yán)謹(jǐn)性這三個(gè)階段對(duì)設(shè)備進(jìn)行全過(guò)程的監(jiān)控,才能杜絕因設(shè)計(jì)不合理、施工工藝不過(guò)關(guān)導(dǎo)致安全隱患或者安全事故的發(fā)生。

(1）源頭把關(guān),監(jiān)造人員必須熟悉高壓柜監(jiān)造的技術(shù)規(guī)范及要點(diǎn),嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范進(jìn)行作業(yè),對(duì)于不符合規(guī)范要求、試驗(yàn)不合格的產(chǎn)品不允許出廠:

(2）施工管控,高壓柜從進(jìn)站安裝到投運(yùn)運(yùn)行,檢修人員必須保證有人在場(chǎng),對(duì)安裝過(guò)程中的各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)都要進(jìn)行嚴(yán)格把控,保證安裝質(zhì)量達(dá)到要求:

(3）驗(yàn)收嚴(yán)謹(jǐn),嚴(yán)格按照高壓柜驗(yàn)收規(guī)范進(jìn)行驗(yàn)收,對(duì)于驗(yàn)收過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行記錄,并跟蹤其整改情況,做到設(shè)備零缺陷投運(yùn)。

且由于歷史原因,運(yùn)行中的隔離小車柜普遍未進(jìn)行溫升型式試驗(yàn)驗(yàn)證,致使隔離小車柜存在潛在發(fā)熱隱患。公司的相關(guān)規(guī)定中關(guān)于隔離小車的運(yùn)維條款不太具有針對(duì)性,基層單位在維護(hù)中易忽略對(duì)隔離小車的維護(hù)。結(jié)合近年來(lái)的故障分析情況,不斷完善開(kāi)關(guān)小車和隔離小車柜的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)條款要求及技術(shù)規(guī)范,以解決測(cè)溫難、巡視難等問(wèn)題,可采用以下兩種新技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。

(1）在導(dǎo)電臂上內(nèi)嵌無(wú)線測(cè)溫裝置,通過(guò)無(wú)線傳輸技術(shù)將實(shí)時(shí)溫度發(fā)送至后臺(tái)終端,自動(dòng)計(jì)算溫升,判斷是否存在缺陷,并向運(yùn)行人員發(fā)出警報(bào),通過(guò)此方法來(lái)解決測(cè)溫難問(wèn)題。無(wú)線測(cè)溫裝置主要由三部件組成,分別為無(wú)線測(cè)溫接收裝置、無(wú)線測(cè)溫傳感器、無(wú)線傳感器安裝底板。無(wú)線測(cè)溫傳感器通過(guò)無(wú)線傳感器安裝底板安裝在需要測(cè)溫的部位,無(wú)線測(cè)溫傳感器通過(guò)自帶的鋰電池供電,通過(guò)射頻技術(shù)、無(wú)線傳輸技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸至無(wú)線測(cè)溫接收裝置,這樣就可以獲得接觸部位的實(shí)時(shí)溫度,保證設(shè)備健康運(yùn)行。

(2）使用透明絕緣材料做觸頭防護(hù)罩,并在柜內(nèi)安裝微型攝像頭,攝像頭采用自帶的鋰電池供電,通過(guò)無(wú)線傳輸技術(shù)將觸頭接觸過(guò)程、效果通過(guò)無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸,讓運(yùn)行人員在操作過(guò)程中能時(shí)刻觀察到操作效果,保證手車動(dòng)靜觸頭配合良好,不出現(xiàn)偏差,巡視人員可在巡視過(guò)程中檢查各個(gè)觸頭的運(yùn)行情況,從而解決手車高壓柜巡視難的問(wèn)題。

根據(jù)公司發(fā)布的設(shè)計(jì)要求,隔離小車在雙分支母線的接線方式中起到聯(lián)絡(luò)作用。對(duì)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(shí)際運(yùn)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(cè)與限流電抗器之間不設(shè)隔離開(kāi)關(guān)",從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)取消了隔離小車柜。因此,我們有必要對(duì)運(yùn)行中的單分支母線隔離小車柜進(jìn)行梳理,必要時(shí)將其拆除,從根本上杜絕事故的發(fā)生。

3結(jié)語(yǔ)

變電站的高壓開(kāi)關(guān)柜、隔離小車柜是電力系統(tǒng)常見(jiàn)的電氣設(shè)備之一,在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中由于受到各種復(fù)雜因素的影響,可能會(huì)出現(xiàn)諸多問(wèn)題,因此我們必須從設(shè)備管理、技術(shù)要求、運(yùn)維規(guī)范、設(shè)計(jì)完善等層面入手,制定相應(yīng)的對(duì)策措施,以確保電力設(shè)施健康穩(wěn)定運(yùn)行。