水電廠10 kV高壓開關(guān)柜的改造

董笑波，張曉華

(河北省桃林口水庫管理局水電廠，河北 秦皇島 066400)

某電廠裝機(jī)容量為2×10.5 MW，于1998年投入運行。原10 kV高壓開關(guān)柜是KYN1-10金屬鎧裝開關(guān)設(shè)備，采用戶內(nèi)少油斷路器，落手車式，屬常規(guī)保護(hù)。從使用情況來看，此種設(shè)備不僅在技術(shù)上落后，而且其關(guān)鍵設(shè)備和核心設(shè)備存在老化現(xiàn)象明顯、故障頻繁等問題，對系統(tǒng)的安全運行造成了一定的威脅。

1 原高壓開關(guān)柜的常見故障

1.1 接觸不良

原10 kV高壓開關(guān)柜采用鴨嘴形動觸頭，長期運行后因觸指強度不夠或某個觸指突出而使大部分觸指和靜觸頭接觸不良，造成局部過熱，使彈簧針特性變壞。另外，靜觸頭或動觸頭在長期使用過程中，相互間的機(jī)械磨損導(dǎo)致觸頭接觸面減少，這也導(dǎo)致高壓開關(guān)柜接觸不良。

1.2 保護(hù)拒動或誤動

原高壓開關(guān)柜因操動機(jī)構(gòu)存在卡澀、部件變形或者位移、脫扣裝置失靈等故障，端子排也因使用傳統(tǒng)的螺絲而造成松動或脫落，最終造成保護(hù)拒動或誤動。此外，原保護(hù)采用常規(guī)的保護(hù)措施，其靈敏度和準(zhǔn)確度都存在問題。

1.3 關(guān)鍵設(shè)備老化

高壓開關(guān)柜的關(guān)鍵設(shè)備在長期運行中，因事故短路斷開或重合導(dǎo)致其密封性能破壞，或者由于操動不當(dāng)而損傷設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)件，這些都將使設(shè)備元件老化、變質(zhì)，高壓開關(guān)柜關(guān)鍵設(shè)備的整體性能也會隨之降低，成為引發(fā)安全事故的誘因。

1.4 斷路器隱患

原高壓開關(guān)柜的斷路器是少油斷路器，存在因漏油而不能在安全滅弧情況下切斷事故電路的情況。如不能及時發(fā)現(xiàn)，會造成斷路器爆炸而引起火災(zāi)事故。

1.5 絕緣隱患

原高壓開關(guān)柜的母排均由瓷瓶固定，高壓和低壓設(shè)備未完全隔離。在實際運行中，避雷器、手車、PT手車等不可避免地會受到潮濕空氣、塵土污垢、震動等外部因素影響，如果在長期運行中突遭事故，極有可能因其絕緣性能降低而對安全造成威脅。

以上分析表明：上述幾種高壓開關(guān)柜的常見故障已嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的正常運行，給機(jī)組安全帶來了隱患，對高壓開關(guān)柜的改造勢在必行。

2 改造后的高壓開關(guān)柜特性

改造后的高壓開關(guān)柜是由錦州錦開電器集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的KY28-12鎧裝式交流金屬封閉設(shè)備，采用VS1(ZN63A)戶內(nèi)真空斷路器，屬微機(jī)保護(hù)，具有安全、可靠、滅弧穩(wěn)定、受環(huán)境影響小的優(yōu)點，適用于頻繁操作的工作條件。

2.1 主要技術(shù)參數(shù)

主母線額定電流：1 250 A；

額定電壓：12 kV；

額定短路開斷電流：31.5 kA；

額定電流：50 A；

額定峰值耐受電流：80 kA；

額定短時耐受電流：31.5 kA；

額定短時耐受時間：4 s。

2.2 防護(hù)等級

改造后的高壓開關(guān)柜柜體材料分別采用進(jìn)口覆鋁鋅板和優(yōu)質(zhì)冷軋鋼板，能有效防止事故擴(kuò)散。當(dāng)斷路器室門打開、手車移開時，防護(hù)等級為IP2X，可保護(hù)人身安全和設(shè)備的可靠運行。當(dāng)高壓開關(guān)柜所有門關(guān)閉時，通過雙重設(shè)置，可保證高壓開關(guān)柜前與柜后的防護(hù)等級為IP4X。

2.3 戶內(nèi)真空斷路器

改造后的高壓開關(guān)柜采用VS1戶內(nèi)真空斷路器，它具有以下特點。

(1) 真空絕緣強度高，熄弧能力強，燃弧時間短，全分?jǐn)鄷r間也短。

(2) 熄弧時間短，觸頭電磨損小，分?jǐn)啻螖?shù)多，電壽命長，適于頻繁操作，其觸頭不受外界有害氣體的侵蝕。

(3) 觸頭開距小，減小了操動機(jī)構(gòu)的操動功，延長了機(jī)械壽命。

(4) 結(jié)構(gòu)簡單，在使用期限內(nèi)，觸頭部分不需檢修，即使檢修也十分簡便，需要的時間較短。

(5) 體積小，重量輕。

(6) 環(huán)境污染小，開斷在密封容器內(nèi)進(jìn)行，電弧生成物不會污染周圍環(huán)境，操作時也沒有嚴(yán)重噪音。沒有易燃、易爆介質(zhì)，無爆炸、火災(zāi)危險。

2.4 溫升問題

高壓開關(guān)柜要承受1 250 A額定電流，由于一次元器件通常處于密封的柜內(nèi)，柜內(nèi)溫度升高，會造成元件燒毀。新的高壓開關(guān)柜除了提高制造工藝外，還在電氣連接面上采取涂抹導(dǎo)電膏、鍍銀等措施，避免元件燒毀。

中置柜安裝了VS1系列真空斷路器手車，動靜觸頭采用鍍銀梅花嵌套式結(jié)構(gòu)，具有良好的導(dǎo)向性，提高了過流能力和滅弧穩(wěn)定性。

2.5 絕緣問題

高壓開關(guān)柜內(nèi)全部連接線、套管、端子排、隔板、活門、絕緣件以及護(hù)套等所有附件都采用耐火阻燃材料。真空斷路器的真空滅弧室縱向安裝在一個管狀的絕緣筒內(nèi)，絕緣筒由環(huán)氧樹脂采用自動壓力凝膠(APG)工藝澆注而成，耐爬電性能優(yōu)越。這種結(jié)構(gòu)大大減少了粉塵在真空滅弧室表面的聚積，不僅可防止真空滅弧室受到外部環(huán)境因素的影響，還可確保在濕熱或嚴(yán)重污垢環(huán)境下對電壓效應(yīng)呈現(xiàn)高阻態(tài)。

母線從一個開關(guān)柜引至另一個開關(guān)柜時，在柜體連接處用熱縮套管覆蓋。這種結(jié)構(gòu)具有耐壓高、耐爬電性能強、防潮性能好的優(yōu)點。

2.6 特定的導(dǎo)軌

斷路器手車室安裝有特定的導(dǎo)軌，配套專門的運轉(zhuǎn)車，通過掛鉤和導(dǎo)向桿實現(xiàn)導(dǎo)軌與運轉(zhuǎn)車、運轉(zhuǎn)車與柜體相連。調(diào)節(jié)手輪可調(diào)整運轉(zhuǎn)車導(dǎo)軌面與柜體內(nèi)導(dǎo)軌面的一致性，這樣減少了斷路器手車的沖撞力，避免動靜觸頭不在一個水平面上而引發(fā)接觸不良等問題，具有操動簡便、安全可靠的特點。

2.7 高壓開關(guān)柜內(nèi)布置

高壓開關(guān)柜內(nèi)的母線室、繼電器室、斷路器室手車室、電纜室，均為單獨的隔離小室，按金屬鎧裝結(jié)構(gòu)制造，金屬擱板可靠接地。

在柜體中明確區(qū)分了手車的工作位置、實驗位置和斷開位置，手車在各位置均能自動鎖位或安全接地。為保證檢修安全，手車室內(nèi)設(shè)計有自動鎖扣和開啟功能的電氣型金屬簾板，可滿足手車斷路器與母排側(cè)、電纜側(cè)同時自動隔離的要求。手車能在開關(guān)柜門關(guān)閉的情況下操作，通過門上的觀察窗可清楚看到手車所處的位置、合分閘狀態(tài)指示器和儲能/釋放狀況指示器。

2.8 微機(jī)保護(hù)功能

改造后的10 kV系統(tǒng)保護(hù)由常規(guī)保護(hù)升級到了微機(jī)保護(hù)，維護(hù)調(diào)試方便。保護(hù)功能由程序完成，具有很強的自檢功能，一旦發(fā)現(xiàn)硬件損壞就會發(fā)出警報。微機(jī)保護(hù)的高可靠性完全能夠滿足電力系統(tǒng)的要求，且易于獲得附加功能。通過配置顯示屏、網(wǎng)絡(luò)提供電力系統(tǒng)故障信息，有助于運行部門對事故的分析和處理。靈活性高，只需通過改變軟件來改變保護(hù)的性能和功能，充分利用了計算機(jī)的智能特點。保護(hù)性能得到了改善，動作更加可靠、靈敏，大大降低了拒動、誤動的概率。

除上述技術(shù)改進(jìn)外，改造后的高壓開關(guān)柜還滿足了“五防”聯(lián)鎖的要求，柜內(nèi)所有絕緣部件均采用大爬距產(chǎn)品，10 kV所有進(jìn)出線均加計量表計。整個柜體采取嚴(yán)密的安全措施，避免了人為誤操作的可能。加工和裝配后的柜體具有整齊、牢固和美觀的特點。

3 結(jié)束語

2012年2月，該水電廠對新設(shè)備進(jìn)行了安裝、調(diào)試，使用一段時間后發(fā)現(xiàn)，更新后的10 kV高壓開關(guān)柜與原高壓開關(guān)柜相比，在操作可靠性、簡便性及開關(guān)柜內(nèi)部設(shè)備的運行、保護(hù)等方面都得到了較大的提升，提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、安全性及可靠性，同時還為庫區(qū)防汛及生產(chǎn)、生活用電提供了有力的保障。