鎧裝手車柜運行事故分析與對策

摘要 作者針對該局所運行的不同型號的GBC型、KYN型鎧裝高壓開關(guān)手車柜在運行中因接頭接觸不良、嚴(yán)重發(fā)熱，絕緣薄弱、凝露閃絡(luò)等原因，造成運行中閃弧放電事故，試圖從設(shè)計制造安裝、運行維護(hù)方面進(jìn)行原因分析，探討解決問題的辦法。

關(guān)鍵詞 鎧裝手車柜 事故 原因 分析 對策

0 引言

隨著電力工業(yè)的飛速發(fā)展和城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造工程項目的大力實施推進(jìn)，10kV、35kV電壓等級的鎧裝型手車開關(guān)柜在電網(wǎng)中得到廣泛的應(yīng)用。但是由于設(shè)計制造和運行維護(hù)等方面的諸多原因，造成投運后易發(fā)生隔離觸頭接觸不良嚴(yán)重發(fā)熱燒壞，復(fù)合絕緣材料絕緣水平低下，諧振過電壓或空氣潮濕時易發(fā)生弧光閃絡(luò)短路事故。因此對鎧裝手車柜存在的問題進(jìn)行深入分析，探討制定對策，保證安全運行尤為重要。

1 問題的提出及原因分析

1.1 設(shè)計制造方面

(1)電氣安全距離偏小引起：有些制造廠家在上世紀(jì)90年代的產(chǎn)品，柜內(nèi)載流導(dǎo)體外部未敷設(shè)熱縮材料，如10kV鎧裝型手車開關(guān)柜，其電氣安全距離是按原機(jī)械工業(yè)部規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，對地安全距離為110mm，雖然此規(guī)定大于國際電工委員會IEC文獻(xiàn)要求，但小于電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)125mm的規(guī)定，且未考慮國內(nèi)產(chǎn)品材料的質(zhì)量和工藝、運行環(huán)境污染條件和發(fā)達(dá)國家的差異，柜內(nèi)電氣距離不夠時用熱縮材料和絕緣隔板來彌補，因憎水性較差，當(dāng)柜內(nèi)溫度在31～35度，空氣相對濕度在85％以上時容易結(jié)露，引起表面放電閃絡(luò)炭化。時間長時造成絕緣降低，導(dǎo)致相間短路事故發(fā)生。

(2) 自然通風(fēng)散熱效果差引起：設(shè)計制造時柜體結(jié)構(gòu)未充分考慮合理有效的自然通風(fēng)散熱問題。在大負(fù)荷情況下，電器接頭接觸部分容易出現(xiàn)溫升過高現(xiàn)象。

(3)電氣設(shè)備絕緣泄漏比距偏小引起：絕緣薄弱是手車柜的共同缺點。有部分10kV柜內(nèi)支持絕緣子爬距為140～145mm，根據(jù)泄漏比距計算公式L=cm／kV，上述柜內(nèi)支持絕緣子爬電比距則分別為1.333～1.38cm／kV及1.24～1.29cm／kV，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于發(fā)電廠、變電站一類污穢等級所要求的比距2.0～2.5cm／kV(中性點非直接接地系統(tǒng))及1.7cm／kV(中性點直接接地系統(tǒng))。在系統(tǒng)擾動產(chǎn)生過電壓的情況下，引起絕緣閃絡(luò)，誘發(fā)相間或弧光短路事故和單相對地弧光接地事故。

1.2 材料制造方面

(1)材料工藝質(zhì)量差過熱引起：其主要原因是由于市場有色金屬漲價因素或加工精度不高及材料質(zhì)量低下，造成隔離插頭的動靜觸頭接觸壓力和通流容量不夠，觸指在流過大電流時即嚴(yán)重發(fā)熱，因柜體內(nèi)自然通風(fēng)散熱條件差，時間稍長即會造成拉簧式扁觸頭或梅花式觸頭緊固壓力彈簧退火，導(dǎo)致觸指壓力減小，引起發(fā)熱。而發(fā)熱又進(jìn)一步增大了接觸電阻，所增大的接觸電阻，又加劇了接觸部分的氧化和發(fā)熱程度。在監(jiān)控不及時不到位的情況下，將導(dǎo)致觸指對靜觸頭之間放電，灼傷接觸表面，造成觸頭有效接觸面積減小，形成惡性循環(huán)。情況嚴(yán)重時將會引起拉弧，其電弧又往母線側(cè)延伸，波及電流互感器、母線及相鄰間隔柜。此種現(xiàn)象在梅花式隔離觸頭柜尤為突出。

(2)電暈放電引起：柜內(nèi)母排和元器件有毛刺而引起尖端電暈放電，導(dǎo)致絕緣表面電場分布很不均勻，當(dāng)局部電場強(qiáng)度達(dá)到其臨界場強(qiáng)時，氣體發(fā)生局部電離出現(xiàn)藍(lán)色熒光。它產(chǎn)生的熱效應(yīng)和臭氧、氮的氧化物會使絕緣體絕緣破壞。

(3)熱擊穿和污閃引起：手車柜內(nèi)由于大量采用了壓鑄環(huán)氧樹脂為材料的絕緣部件，尤其是復(fù)合絕緣材料的高壓電纜外絕緣層、環(huán)氧澆注電流互感器、酚醛環(huán)氧絕緣罩、相間隔板及支架，運行中在交流電場的作用下以及接觸部分的溫升效應(yīng)，將產(chǎn)生介質(zhì)損耗，導(dǎo)致介質(zhì)溫度升高，溫度升高又使介質(zhì)損耗進(jìn)一步增加。倘若柜體散熱條件差，介質(zhì)產(chǎn)生的熱量超過散發(fā)熱量，必然形成熱積累效應(yīng)，所產(chǎn)生的高溫會導(dǎo)致介質(zhì)熔化、炸裂或燒焦而完全喪失絕緣性能形成熱擊穿現(xiàn)象。同時，復(fù)合絕緣材料與瓷絕緣相比，憎水性差，若絕緣材料材質(zhì)不好，在空氣濕度大且污穢嚴(yán)重的情況下，運行中會導(dǎo)致吸潮凝露、導(dǎo)致表面泄露電流增大，當(dāng)介質(zhì)受潮、臟污或有破損時，由于潮濕的作用介質(zhì)表面的游離電子增加，引起傳導(dǎo)電流也增加，因此絕緣電阻便相應(yīng)降低，在絕緣下降到一定程度時即引起局部沿面放電閃絡(luò)，最終發(fā)展成相間短路或接地短路事故。

(4)有些制造廠家的產(chǎn)品以小標(biāo)大引起：個別制造廠家所生產(chǎn)設(shè)備的實際穩(wěn)定載流量與標(biāo)稱容量不符。貨到現(xiàn)場后，使用安裝單位只做設(shè)備交接試驗，而沒條件或忽視做載流導(dǎo)體的額定電流及溫升試驗。往往在實際運行中負(fù)荷電流在達(dá)到標(biāo)稱容量的50％～60％時，設(shè)備就嚴(yán)重發(fā)熱。

1.3 運行維護(hù)方面

(1)接觸不良引起：部分手車柜產(chǎn)品存在操作時機(jī)械傳動部分卡滯、拉、合困難現(xiàn)象。拉合幾次動插觸頭就會歪斜偏心或合不到位，造成接觸不良。合上后其狀態(tài)良好與否不易檢查發(fā)現(xiàn)。運行中在大負(fù)荷電流所造成的電磁振動力的作用下，接觸部分螺絲松動，引起動靜觸頭或接頭表面形成間隙，導(dǎo)致間隙火花放電，其能量雖不大，但溫度可達(dá)攝氏百度甚至上千度，造成觸頭表面形成嚴(yán)重的電腐蝕麻坑現(xiàn)象，從而降低了有效接觸面積，導(dǎo)致接觸電阻進(jìn)一步增大而引起嚴(yán)重發(fā)熱。因柜體采用封閉結(jié)構(gòu)，設(shè)備巡視觀察和用紅外線測溫困難，其內(nèi)部接觸好壞不宜及時發(fā)現(xiàn)而埋下事故隱患。

(2)系統(tǒng)諧振過電壓引起：手車柜在運行中，若系統(tǒng)發(fā)生擾動引起諧振過電壓，其幅值可達(dá)3～3.5倍相電壓，極有可能造成絕緣薄弱處閃弧放電。需要指出的是，閃弧放電是完善的氣體放電形式，其放電機(jī)理是電極間的導(dǎo)電離子不斷產(chǎn)生和消失，處在一種動平衡狀態(tài)，它的條件是電源有足夠的能量不斷的輸入放電點。在放電間隙形成放電通道。因在閃弧放電的初始階段，電弧電流較小，電弧的燃燒往往是不穩(wěn)定的，有可能達(dá)不到保護(hù)裝置的動作值。隨著能量的不斷輸入，電弧電流迅速上升，當(dāng)電弧放電所產(chǎn)生的電游離金屬氣體溫度達(dá)到一定程度后，形成穩(wěn)定的高溫電弧電流引起相間短路后，才能達(dá)到過電流保護(hù)裝置動作值，而使保護(hù)動作切除事故。此過程由于時間較長，電弧放電的持續(xù)性高溫，會使運行中的觸頭燒傷熔焊并燒焦擊穿帶電導(dǎo)體表面所敷設(shè)的絕緣材料，往往擴(kuò)大為火燒連營的短路事故。同時，若柜內(nèi)已經(jīng)著火，即使在斷開電源后，由于拉開手車操作需要一定的時間，有可能失去滅火的最佳良機(jī)，一定程度上助長了事故的蔓延。

2 應(yīng)采取的對策

(1)嚴(yán)把設(shè)備選型、招標(biāo)、入網(wǎng)運行關(guān)，盡量采用國內(nèi)知名生產(chǎn)廠家的成熟產(chǎn)品，從源頭上杜絕偽劣產(chǎn)品入網(wǎng)運行。

(2)嚴(yán)格按照《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》、 《高壓架空線路和發(fā)電廠、變電所環(huán)境污區(qū)分級外絕緣選擇標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，對外絕緣不合格的產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)整爬距技術(shù)改造，使之符合要求。對污穢嚴(yán)重的場所還應(yīng)采用憎水性極強(qiáng)的RTV防污閃涂料，以增加防污能力。

(3)確保電氣安全凈距，對有些復(fù)合型(上、下層布置)的鎧裝開關(guān)柜，因柜體尺寸較小，不能保證相間空氣間隙距離的，且母線未敷設(shè)高性能的FJRD阻燃熱縮材料的復(fù)合絕緣套、復(fù)合熱縮絕緣帶和絕緣防護(hù)罩的鎧裝開關(guān)柜，要確保電氣安全最小凈距，相間及對地空氣距離不得小于電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，同時要注意絕緣材料介電常數(shù)的配合。所采用的絕緣材料必須耐壓性能好，不吸潮，耐老化，符合所使用電壓等級的正規(guī)電工用阻燃絕緣材料。

(4)為防止系統(tǒng)發(fā)生諧振時的電壓擾動，選用性能優(yōu)良，勵磁特性飽和點較高的電磁式或電容式電壓互感器，并在變電站及各直供用戶的電壓互感器高壓側(cè)中性點加裝LXQ型消諧電阻，在開口三角形繞組接微電腦控制消諧裝置，以增大母線的對地感抗，減小自振固有頻率以消除不同成分的鐵磁諧振。

(5)對變電站主變負(fù)荷側(cè)母線，分別按其送、供電線路總長度，定期計算電容電流和校核短路容量。電容電流超標(biāo)的按規(guī)程要求裝設(shè)自動調(diào)諧消弧線圈或分級調(diào)諧消弧線圈，以便消除由此產(chǎn)生的間隙性弧光接地過電壓。對短路容量滿足不了現(xiàn)場要求的斷路器，及時予以更換。

(6)有條件時在柜內(nèi)安裝溫度、濕度檢測無線信號上傳監(jiān)控裝置或采用遠(yuǎn)紅外線熱成像儀測溫。同時對本柜體開關(guān)室頂部進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，加裝抽風(fēng)散熱裝置。發(fā)現(xiàn)問題，及時進(jìn)行降溫和除濕。對可能進(jìn)潮氣的柜底孔洞用阻燃材料進(jìn)行封堵，以防止潮氣和小動物進(jìn)入。

(7)加強(qiáng)運行中設(shè)備的巡視檢查和維護(hù)，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。同時堅持“逢停必掃”制度和“定期停電清擦”制度，確保設(shè)備絕緣表面清潔。

(8)提高檢修質(zhì)量：運行中的開關(guān)要結(jié)合小修和大修對隔離觸頭接觸情況進(jìn)行檢查和相關(guān)螺絲緊固，其方法為：

①上下隔離開關(guān)的檢查：在三相靜觸頭上下接觸面上，敷上韌度較好的壓感紙，將隔離開關(guān)合上后再斷開，取下壓感紙，檢查壓感紙受到壓力后壓力點的顏色變藍(lán)情況，動靜觸頭間接觸面積應(yīng)不少于80％，如達(dá)不到此要求，則要求將兩個平面觸指仔細(xì)調(diào)整，使之滿足要求。對帶電導(dǎo)體有毛刺的地方必須進(jìn)行磨光處理。

②開關(guān)及隔離觸頭間接觸電阻的測試：可用雙臂電橋或降壓法測得，要分別測得每相觸頭間接觸電阻，其測試值應(yīng)符合制造廠家提供的數(shù)椐要求。

④隔離開關(guān)實際載流試驗：將隔離開關(guān)合上，在每相觸頭間加上開關(guān)銘牌額定電流值(可三相首尾相串后一起加載)?？捎么箅娏靼l(fā)生器、行燈變壓器或電焊機(jī)等作為升流器，此時逐步升流到額定值，然后用紅外線測溫儀測觸頭表面溫度。每隔10min測一下溫升，在室溫不超過35度時，兩小時內(nèi)開關(guān)表面溫度不應(yīng)超過85度，若溫升過快，基本上可斷定觸頭材質(zhì)有問題，應(yīng)及時進(jìn)行更換。

3 結(jié)語

科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，給電力裝備制造業(yè)提供了廣闊前景，建議開關(guān)電器設(shè)計部門和制造廠家針對鎧裝手車柜產(chǎn)品中存在的問題，在設(shè)計理念和產(chǎn)品制造質(zhì)量方面把好設(shè)計關(guān)和原材料關(guān)，提高產(chǎn)品工藝精度和裝配質(zhì)量，對所存在的問題加以改進(jìn)，或者研發(fā)出性價比更為優(yōu)良的替代產(chǎn)品。同時運行單位要加強(qiáng)設(shè)備試驗和維護(hù)，提高檢修質(zhì)量和運行巡視管理水平，才能達(dá)到確保安全供電的目的。