王春龍
(成都雙流國際機場股份有限公司, 四川 成都 610220
近年來,我國經(jīng)濟社會不斷發(fā)展,電力系統(tǒng)的負載也逐年增加,電力技術(shù)呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢。對于實際運行中缺陷及故障的分析可以有效提升系統(tǒng)運行的安全及穩(wěn)定性能,避免故障問題的再次發(fā)生,提升電力系統(tǒng)運行可靠性。文章對于電力系統(tǒng)開關(guān)柜運行故障進行了深入的探究,并對于其發(fā)生原因進行系統(tǒng)化分析,基于出現(xiàn)的問題提出建設(shè)性意見。
電壓互感器高壓熔斷器熔斷是開關(guān)柜較易出現(xiàn)的故障之一,圖 1所示為電壓互感器接線原理圖,對于此故障進行分析發(fā)現(xiàn),存在較多的影響因素。根據(jù)歐姆定律,功率為電壓的二次方與電阻的比值,因此,在電壓一定的情況下,功率與電阻呈反比例關(guān)系,當(dāng)電阻值不斷減小時,功率會不斷上升,長時間大功率狀態(tài)下熔斷器將過載,結(jié)果熔斷。因此,為避免熔斷器發(fā)生熔斷,需衡量熔斷器及運行電流的匹配程度,當(dāng)熔斷器容量偏小時熔斷器極易發(fā)生熔斷,此外,單相接地系統(tǒng)中鐵芯過飽和時勵磁電流將增大,也會引起熔斷器的熔斷故障。由于消諧裝置存在一定的延遲性,因此難以與低頻飽和電流進行匹配,也就難以起到防熔斷的作用。其次,鐵磁的簡諧振動也會引起熔斷器熔斷故障,由于開關(guān)柜單相接地故障會引發(fā)鐵磁諧振過電壓,回路鐵磁元件將損耗電阻,對于鐵磁諧振過電壓造成一定的限制,同時,鐵磁諧振也會降低電壓互感器的感抗,在大電流的作用下引發(fā)熔斷器熔斷;再次,在線性簡諧振動情況下電感及電阻將形成串聯(lián)回路,當(dāng)自振頻率與電源頻率相近時將出現(xiàn)過電壓故障,產(chǎn)生電壓諧振,最終導(dǎo)致熔斷器熔斷故障。
熔斷器熔斷故障主要包括線性簡諧振動、鐵磁簡諧振動以及單相接地等熔斷類型。其中,線性簡諧振動熔斷類型中,串聯(lián)電路等值自振頻率近似于電源頻率,因此電容元器件將出現(xiàn)高強度電壓,引起線性簡諧振動,而在振動過程中電流及電感電容元件受電阻的影響而引發(fā)熔斷;其次,鐵磁簡諧振動通常為單相接地故障引發(fā)的,鐵磁元件電阻損耗將導(dǎo)致過電壓,在鐵芯的飽和效應(yīng)限制下形成鐵磁簡諧振動,并導(dǎo)致電壓互感器功能下降,造成電壓互感器熔斷;單相接地熔斷故障在10kV開關(guān)柜中較為常見,主要是互感器鐵芯的過飽和所導(dǎo)致的,進而造成工作磁場的故障,引發(fā)消諧裝置響應(yīng)延遲,消諧裝置難以發(fā)揮正常功能。
圖1 電壓互感器接線原理圖
在單相接地電路系統(tǒng)中,電壓互感器鐵芯將處于過飽和狀態(tài),導(dǎo)致勵磁電流急劇上升,并最終導(dǎo)致熔斷器被熔斷,而該故障會進一步造成元器件的絕緣性能降低,使得電壓互感器高壓熔斷器熔斷,若處理不當(dāng),不僅會降低元器件的絕緣水平,而且在潮濕天氣下,將導(dǎo)致元器件擊穿,進而增大阻容吸收器接地電阻,局部過電壓將造成相間短路,并出現(xiàn)柜線跳閘,在電弧作用下將擊穿三相元器件,熔斷器發(fā)生爆裂,并炸毀開關(guān)柜門,甚至引發(fā)人員傷亡。
第一,采取零序電壓互感器方法,利用固有電阻的消諧功能可抑制諧振;其次,優(yōu)化開口三角繞組,以降低諧振發(fā)生率,而電壓互感器容量的提升有利于抑制諧波,而長時間的互感器超載將會熔斷保險絲;再次,改變參數(shù)來調(diào)節(jié)諧振頻率。在母線上增設(shè)電容器可抑制諧振,單相接地時可避免鐵芯發(fā)生飽和,因此可降低勵磁電流,防止諧振故障的產(chǎn)生;最后,高壓側(cè)中性點加裝電阻也可以防止諧振的發(fā)生。
線性簡諧振動熔斷處理中,可以在中性點增加電阻來避免線性諧振,如在開口三角繞組處增加阻尼電阻、電壓互感器的中性點增加電阻等方式,當(dāng)電流強度增大后,電阻值將減小,將較好地抑制過電壓諧振;鐵磁簡諧振動熔斷處理中,改變參數(shù)可抑制諧振的發(fā)生,如變壓站母線上選用高性能電壓互感器,避免鐵芯發(fā)生過飽和,因此勵磁電流難達到一定值,故可避免諧振的發(fā)生,實際應(yīng)用中,消弧線圈對于防止鐵磁發(fā)生簡諧振動有較好的效果,不僅可以做到中性點消弧,同時也可完全屏蔽鐵磁諧振,避免鐵磁諧振引起熔斷故障;單相接地熔斷處理中,零序電壓互感器可通過改變接線方式來消除諧振,開口三角繞組加裝阻尼有利于增加電壓互感器容量,達到抑制諧波的目的。
主要包括以下幾方面處理措施:首先,對開關(guān)柜進行除濕,可考慮裝設(shè)除濕器,以維持柜內(nèi)干燥度,降低元器件擊穿風(fēng)險;其次,開關(guān)柜安裝需依據(jù)設(shè)計要求進行,避免過大的接地電阻及局部過電壓,對設(shè)備接地進行處理,以防相間短路故障;其次,需對于易損件如電壓互感器等進行定期的檢修及更換;再次,維持較好的母線絕緣性能,避免母線相間短路和燒毀。
(1)推進開關(guān)柜設(shè)備定期檢修機制的建立,并注意隔離開關(guān)法蘭及絕緣子瓷件是否有裂縫,瓷件是否存在異常電暈;
(2)斷路器出現(xiàn)故障后需及時進行全面的檢查;
(3)10kV開關(guān)柜的斷路器出現(xiàn)斷路器分合閘閉鎖或油量不足等故障時應(yīng)立即停機,并進行全面檢修處理;
(4)開關(guān)倒閘時應(yīng)全面監(jiān)控隔離開關(guān)性能及動作,避免出現(xiàn)卡澀故障,對于運行中問題及時分析原因并做處理,避免強行動作。
(1)定期對于設(shè)備運行特性進行系統(tǒng)化檢查,制定檢修計劃,并進行整定測試,避免維護不當(dāng)引發(fā)事故,若設(shè)備工作異常,需依據(jù)溫度、振動、聲音等指標(biāo),開展診斷,并對光字牌、信號等設(shè)備進行分析,持續(xù)做好跟蹤監(jiān)視,加強調(diào)試,用紅外測溫儀等設(shè)備對開關(guān)柜的導(dǎo)電回路進行帶電測溫,防止溫升過快;
(2)在電網(wǎng)中接入開關(guān)柜設(shè)備的時候,需充分考慮電壓的承受作用,避免元器件質(zhì)量問題加劇以及運行條件惡化。開關(guān)柜制造需關(guān)注其絕緣性能,做好絕緣件的設(shè)計,在滿足機械強度的基礎(chǔ)上,承受規(guī)定的電壓;
(3)絕緣件設(shè)計及制造中采用阻燃絕緣材料,避免使用有機絕緣材料。充分注意元件選擇,電壓互感器需具備較好的伏安特性,帶電體對地距離不小125mm。
實際應(yīng)用中,10kV開關(guān)柜類別形式呈現(xiàn)多樣化。依據(jù)開關(guān)柜的形式可分為全封閉式(金屬)與半封閉式,依據(jù)斷路器的型號包括少油開關(guān)柜及真空式開關(guān)柜等,經(jīng)歷了長期的發(fā)展過程,目前開關(guān)柜逐漸呈現(xiàn)集成化發(fā)展,開關(guān)柜組件涵蓋了高壓斷路器及熔斷器、電壓互感器、開關(guān)等,引起開關(guān)柜故障的原因是多方面的,如安裝工藝、開關(guān)柜間距及絕緣性差異等。開關(guān)柜設(shè)計過程中應(yīng)按照設(shè)計規(guī)范進行操作,并依據(jù)工作需要改進繼電器設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),提高其運行質(zhì)量水平,安全設(shè)計是開關(guān)柜的重要設(shè)計原則及標(biāo)準(zhǔn)。
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[2]劉小剛,潘寅.論 6~10kV 配電系統(tǒng)高壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].企業(yè)科技與發(fā)展,2011(01)