一起由雷擊引起35kV開關(guān)柜內(nèi)部放電引發(fā)的思考

劉廣，趙良濤，范鈞偉

(寧波電業(yè)局，浙江 寧波 315600)

1 前言

目前35kV高壓開關(guān)柜廣泛應(yīng)用于變電站，其技術(shù)在近十年來有了較大進(jìn)步。但在設(shè)計、安裝和運行維護(hù)等方面仍存在著不同程度的問題。35kV開關(guān)絕緣損壞發(fā)生故障，開關(guān)爆炸等時有發(fā)生，對變電所的安全運行構(gòu)成了明顯的威脅，高壓開關(guān)柜作為電力系統(tǒng)中一個非常重要的電氣設(shè)備，其內(nèi)部絕緣部分的缺陷或劣化、導(dǎo)電連接部分的接觸不良都將威脅到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。根據(jù)1989～1992年間全國電力系統(tǒng)6～10kV開關(guān)柜事故統(tǒng)計，絕緣盒載流引起的故障占總數(shù)的40.2%，其中由于絕緣部分的閃絡(luò)造成的事故占絕緣事故總數(shù)的79.0%。我電力公司近幾年也出現(xiàn)了多起高壓開關(guān)柜內(nèi)部短路事故，通過對這些事故的原因進(jìn)行調(diào)查分析，并提出行之有效的解決方法，這對我們預(yù)防類似事故，提高電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行可靠性有著十分重要的意義。

2 事故全過程回放

2.1 事故概述

2007年9月1日11:57分，當(dāng)時雷雨交加，220kV某變出現(xiàn)“黃壇3209線B相接地”信號(35kV線路)。當(dāng)值人員匯報調(diào)度后，在調(diào)度要求下試?yán)S壇3209開關(guān)，此時后臺又相繼出現(xiàn)“35kVⅡ母母差保護(hù)動作”、“紡織3204開關(guān)跳閘”、“岔路3208開關(guān)跳閘”、“躍電3210開關(guān)跳閘”、“2#主變35kV開關(guān)跳閘”、“電容3200開關(guān)跳閘”等一系列信號，至此35kVⅡ段母線上所有開關(guān)全部跳開。

2.2 事故檢查情況

值班人員現(xiàn)場檢查情況如下:黃壇3209線路避雷器動作一次;35kV母差保護(hù)(BP－2B)動作報告顯示:“母差差流:26A，故障相:ABC”;35kV開關(guān)室內(nèi)有一股極其微弱的燒焦氣味。

為查找故障點，隨后區(qū)調(diào)下令將35kVⅡ段母線上的各出線開關(guān)改為冷備用、35kVⅡ段母線改為檢修。待上述操作完畢后，檢修人員檢查發(fā)現(xiàn):躍電3210開關(guān)A相下觸頭支持瓷瓶有擊穿痕跡，開關(guān)A、B、C三相觸頭的塑料外套及柜內(nèi)絕緣擋板有放電痕跡，柜內(nèi)保護(hù)CT在短路電動力作用下被拉裂損壞。為了檢查設(shè)備損壞程度以及確定35kVⅡ段母線上其他間隔是否存在故障點，檢修人員對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行了耐壓試驗;經(jīng)過試驗驗證，除躍電3210開關(guān)柜內(nèi)觸頭外套等放電套管以及保護(hù)CT拉裂需要更換外，其他設(shè)備均正常。

3 事故暴露出的一些問題

綜上所述，此次設(shè)備故障引起事故的主要原因在于:惡劣天氣情況下，雷擊使黃壇3209線發(fā)生B相接地故障，A、C相電壓升高且產(chǎn)生間歇性電弧接地過電壓;躍電3210開關(guān)柜內(nèi)尤其是手車下觸頭至后柜處出現(xiàn)絕緣薄弱的地方，導(dǎo)致承受不了雷擊帶來的間歇性電弧接地過電壓，造成三相短路，并最終導(dǎo)致母差保護(hù)動作。

此次設(shè)備故障引發(fā)的事故至少暴露出以下幾方面的問題:

(1)產(chǎn)品工藝質(zhì)量不良。

此次發(fā)生絕緣擊穿的設(shè)備是耐吉公司生產(chǎn)的KYN61B型金屬鎧裝柜，配ZN85型真空斷路器。從運行情況來看，該類型的開關(guān)柜在正常操作過程中經(jīng)常會出現(xiàn)連鎖件變形、柜內(nèi)絕緣件放電、手車位置不到位等缺陷，總體上整個柜型問題偏多，而使用中的ABB開關(guān)卻從未出現(xiàn)此類問題。這暴露出耐吉開關(guān)在設(shè)計、結(jié)構(gòu)、絕緣材質(zhì)選型等方面還存在諸多問題，如選用的導(dǎo)體材料電導(dǎo)率不滿足要求、導(dǎo)體原材料純度不夠以及生產(chǎn)工藝不精等。

(2)柜體檢查維護(hù)措施不力，柜內(nèi)發(fā)熱缺乏有效的監(jiān)測手段。

目前，封閉式開關(guān)柜已在電網(wǎng)中大量使用，而開關(guān)柜的內(nèi)部發(fā)熱問題一直是電力安全生產(chǎn)中的一個難題。若線路負(fù)荷過重或者線路受到短路電流的沖擊，設(shè)備的薄弱環(huán)節(jié)就會發(fā)熱，如接頭部位。接頭發(fā)熱后其材料的機械強度、物理性能、絕緣強度都將下降，從而導(dǎo)致接頭彈性老化、接觸不良。此種情況若得不到及時處理，發(fā)展下去則可能導(dǎo)致設(shè)備故障進(jìn)而引發(fā)事故。由于平時開關(guān)柜處于封閉狀態(tài)，因此我單位采用的紅外測溫儀無法透過柜門測量內(nèi)部設(shè)備;封閉式柜門的大部分接頭透過觀察窗無法看到，若采用粘貼測溫蠟片的方法測溫，那也只能在開關(guān)停電檢修時檢查接頭有無過熱情況，對于事故預(yù)防作用不大。用手摸柜門感知柜內(nèi)溫度，通過異常氣味、聲響發(fā)現(xiàn)設(shè)備過熱等方法具有很大的隨意性和偶然性，不夠科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)。

(3)設(shè)備安裝質(zhì)量不高、工藝不嚴(yán)，檢修維修質(zhì)量有待提高。

施工安裝時，高壓開關(guān)柜內(nèi)小車式開關(guān)動觸頭與固定的靜觸頭位置如有偏差，開關(guān)推入后動靜觸頭就可能接觸不實，造成過熱;部分安裝或檢修人員在工作時認(rèn)為連接螺栓擰得愈緊愈好，其實不然。特別是鋁質(zhì)母線，彈性系數(shù)小，當(dāng)螺母的壓力達(dá)到某個臨界壓力值時，若材料的強度差，再繼續(xù)增加不當(dāng)?shù)膲毫Γ瑢斐山佑|面部分變形隆起，反而使接觸面積減少，接觸電阻增大，從而影響導(dǎo)體接觸效果;另外在安裝檢修工藝過程中，如母線在加工、連接、安裝過程中，對母線接觸表面處理不到位、不平整、不光滑、沒有涂專用電力脂等，導(dǎo)致有效接觸面積減少接觸電阻增大而發(fā)熱。

(4)高壓開關(guān)室的整體設(shè)計欠妥，除潮措施不力。

高壓開關(guān)室內(nèi)的窗口和換氣口設(shè)置不夠合理，平日陽光無法照射進(jìn)來，室內(nèi)空氣流通不夠，室內(nèi)除潮除濕控制裝置未按規(guī)定正確投入;同時柜體內(nèi)未設(shè)置除潮裝置，絕緣隔板產(chǎn)生缺陷后絕緣水平降低，從而易引起絕緣隔板與觸頭等其他部件之間的閃絡(luò)放電。

4 解決方案和措施

針對以上暴露出的問題，筆者認(rèn)為應(yīng)該從以下幾個方面進(jìn)行加強和處理:

(1)對耐吉產(chǎn)KYN61B型金屬鎧裝柜開展更換改造工作，對現(xiàn)有尚不能退役的進(jìn)行更換絕緣件(觸頭盒、套管、絕緣子等)處理，更換為優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，提高絕緣強度和阻燃水平。設(shè)備故障作為突發(fā)性故障，令運行人員防不勝防。但是在條件允許的情況下采用質(zhì)量更好的產(chǎn)品(如ABB開關(guān))無疑將大大降低設(shè)備故障幾率，同時也將釋放運行人員身上的一部分壓力。

(2)采取科學(xué)有效的方法對高壓開關(guān)柜內(nèi)部溫度實行在線監(jiān)測。GB/T11022－1999《高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共同技術(shù)要求》規(guī)定，在開關(guān)設(shè)備溫升試驗規(guī)定的條件下，當(dāng)周圍空氣溫度不超過40℃時，高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備部件的溫升極限如表1所示［1］。

表1 最大允許溫升(單位:K)

受手摸感知柜內(nèi)溫度方法的啟示，可以考慮在開關(guān)柜內(nèi)排氣孔處安裝溫度傳感器，設(shè)定傳感器監(jiān)測到柜內(nèi)空氣溫度值或空氣溫度與環(huán)境溫度差值達(dá)到規(guī)定值即發(fā)出報警信號。溫度信號通過A/D轉(zhuǎn)換后輸入到計算機，然后計算機通過采集到的開關(guān)負(fù)荷數(shù)據(jù)與之進(jìn)行對比分析，確定開關(guān)負(fù)荷和溫度之間的曲線關(guān)系，最后通過負(fù)荷－溫度曲線確定報警溫度值。

對于有人值班變電所，值班人員可以直接通過后臺監(jiān)控計算機對開關(guān)柜溫度進(jìn)行在線監(jiān)測;對于無人值班變電所，則可以將過熱信號作為遙測量通過數(shù)據(jù)網(wǎng)發(fā)送到監(jiān)控中心。這一測溫方法溫度傳感器安裝方便簡單，投入較小，運行可靠，技術(shù)成熟后即可在變電站內(nèi)大量應(yīng)用［2］。

隨著傳感器、信號處理、計算機以及人工智能技術(shù)的發(fā)展，使得對開關(guān)柜溫度狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患并對累計性故障做出預(yù)測成為可能，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程預(yù)警功能。它對于保證開關(guān)柜的正常運行，減少維修次數(shù)，提高電力系統(tǒng)的運行可靠性和自動化程度具有重要意義。

(3)加強專業(yè)人員的技能培訓(xùn)，提高設(shè)備安裝、檢修、維護(hù)質(zhì)量。任何事故的發(fā)生都不是偶然的，一個設(shè)備在生產(chǎn)、安裝、檢修、維護(hù)過程中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)疏忽都可能導(dǎo)致事故。因此從設(shè)備安裝伊始，運行部門就要加強檢查、巡視和驗收力度，防患于未然;組織專業(yè)人員對新設(shè)備工藝質(zhì)量進(jìn)行技術(shù)檢查驗收，同時會同有關(guān)科研部門探索金屬性探傷的有效方法;盡量調(diào)整系統(tǒng)運行方式，提高紅外測溫的有效性。

(4)做到四個加強:加強對國產(chǎn)開關(guān)柜的運行巡視、預(yù)試和檢修工作，重視母線和開關(guān)耐壓試驗;加強對柜內(nèi)設(shè)備的檢查和清掃，及時消除缺陷和隱患;加強對柜體內(nèi)高壓設(shè)備的除潮除濕措施;加強專業(yè)化管理，提高設(shè)備的耐壓水平。

5 結(jié)語

35kV高壓開關(guān)柜作為電力系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，35kV開關(guān)的安全運行與否，其運行狀態(tài)的良好與否對電力系統(tǒng)的可靠性有著十分重大的影響。通過對該起開關(guān)柜內(nèi)部放電事故原因進(jìn)行分析，并針對暴露出的問題提出相關(guān)改進(jìn)建議和防范措施，對預(yù)防類似事故起到了積極作用，同時也能夠使高壓開關(guān)柜運行更加安全和可靠，達(dá)到較好的經(jīng)濟效益，為系統(tǒng)穩(wěn)定和安全供電提供保證。

［1］GB/T11022－1999，高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共同技術(shù)要求［S］.

［2］鄭錫恩，崔慶宇.小車式開關(guān)柜內(nèi)接頭過熱故障預(yù)防［J］.安全，2009，6.