開關(guān)柜內(nèi)部故障電弧的探討

陳順利

摘 要：開關(guān)柜內(nèi)部故障電弧是電力系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的嚴(yán)重故障之一，需要電力部門加強(qiáng)對(duì)此故障的研究分析，采用有效的防護(hù)措施來(lái)盡量避免這種故障的發(fā)生。本文首先闡述了開關(guān)柜內(nèi)部故障電弧出現(xiàn)的原因及其導(dǎo)致的危害，然后介紹了分析檢測(cè)中壓開關(guān)柜內(nèi)部故障的幾種方法，最后論述了中壓開關(guān)柜內(nèi)部故障電弧的防護(hù)措施，有利于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)我國(guó)未來(lái)電力行業(yè)的發(fā)展也有十分重要的幫助。

關(guān)鍵詞：中壓開關(guān)柜；內(nèi)部故障；電弧；防護(hù)措施

中圖分類號(hào)：TM591 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

開關(guān)柜是電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的重要電力設(shè)備，只有確保開關(guān)柜的可靠性才能保證整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。但是實(shí)際上電力系統(tǒng)運(yùn)行中的常見(jiàn)嚴(yán)重故障之一就是由中壓開關(guān)柜內(nèi)部故障電弧引發(fā)的事故，這種故障會(huì)嚴(yán)重降低電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。為了降低故障危害對(duì)電力系統(tǒng)的影響，電力部門對(duì)開關(guān)柜性能給予充分的重視，在日常工作中加強(qiáng)對(duì)開關(guān)柜的維護(hù)，配置相應(yīng)的保護(hù)裝置，這樣開關(guān)柜在發(fā)生內(nèi)部弧光短路故障時(shí)，保護(hù)裝置就可以迅速將其切斷，與電力系統(tǒng)分離開來(lái)，防止給其他電力設(shè)備和電力工作人員帶來(lái)危害。

1 開關(guān)柜內(nèi)部故障電弧出現(xiàn)的原因及危害

1.1 開關(guān)柜內(nèi)部故障電弧出現(xiàn)的原因

成套開關(guān)柜在電力系統(tǒng)配電裝置中的應(yīng)用較為廣泛，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，開關(guān)柜時(shí)常因?yàn)殡娀《搪返仍虺霈F(xiàn)故障，導(dǎo)致整個(gè)配置裝置出現(xiàn)問(wèn)題，造成大面積停電。造成電弧短路的因素有很多種，比如開關(guān)柜使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致絕緣性能降低；由于斷路器推進(jìn)推出損壞絕緣；一些小動(dòng)物誤入開關(guān)柜等情況都會(huì)造成開關(guān)柜故障。據(jù)相關(guān)調(diào)查資料顯示，我國(guó)110kV等級(jí)以上變電所每年出現(xiàn)開關(guān)柜故障的概率達(dá)到0.8%，農(nóng)村配電網(wǎng)中開關(guān)柜故障的概率甚至更高。中壓開關(guān)柜內(nèi)部故障電弧會(huì)給整個(gè)電力系統(tǒng)和用戶帶來(lái)非常嚴(yán)重的影響，給電力企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至還會(huì)造成嚴(yán)重的人員傷亡事故和周邊建筑物破壞等。

1.2 開關(guān)柜內(nèi)部故障電弧的危害

中壓開關(guān)柜故障電弧會(huì)改變電路中的電流和電壓狀況，故障電弧電流和電壓分別呈現(xiàn)出正弦波形和斜頂梯形的形狀。電弧電流零區(qū)電壓的變化幅度非常大，隨著時(shí)間的推移，電壓頂部就會(huì)逐漸傾斜。電弧的復(fù)雜特性會(huì)在非常短的時(shí)間內(nèi)將電能轉(zhuǎn)化為熱能，導(dǎo)致周圍空氣溫度劇增，從而極大增加了周圍空氣的壓力，電弧能量在密封的環(huán)境中會(huì)以高溫高壓氣體爆炸的方式釋放出來(lái)，導(dǎo)致開關(guān)柜爆裂、柜內(nèi)電力設(shè)備損壞，破損的零部件會(huì)高速飛出開關(guān)柜，并時(shí)不時(shí)地噴出火焰。電弧的這種爆炸故障不僅會(huì)損壞到周圍的電力設(shè)備，而且還會(huì)威脅電力工作人員的生命安全，電力系統(tǒng)覆蓋范圍的大面積停電是不可避免的，嚴(yán)重影響了用戶的用電和正常生活。所以，電力行業(yè)制定的規(guī)范中都規(guī)定開關(guān)柜應(yīng)該能承受一定的故障標(biāo)準(zhǔn)，防止爆炸等大事故的出現(xiàn)和造成重大危害。

2 中壓開關(guān)柜內(nèi)部故障檢測(cè)方法分析

2.1 電路敲擊法

電路敲擊法是在電力設(shè)備正常帶電運(yùn)行中進(jìn)行的，工作人員利用橡皮小錘輕輕敲擊運(yùn)行中的設(shè)備，可以判斷出敲擊設(shè)備及其附近設(shè)備的性能是否處在良好狀態(tài)。如果元件經(jīng)過(guò)敲擊后發(fā)生異常情況，就說(shuō)明其內(nèi)部存在故障隱患，需要工作人員采取進(jìn)一步措施來(lái)找出故障的具體部位和故障因素。

2.2 圖形分析法

電力設(shè)備的設(shè)計(jì)圖中包括著設(shè)備結(jié)構(gòu)、運(yùn)行原理、安裝方式以及維修養(yǎng)護(hù)方法等各種信息。這些設(shè)計(jì)圖在電力設(shè)備故障檢修時(shí)會(huì)發(fā)揮出非常重要的作用。工作人員在檢修中壓開關(guān)柜故障時(shí)需要以設(shè)備的圖紙作為依據(jù)，來(lái)找出故障的位置和原因。

2.3 排除法

故障排除法就是工作人員在對(duì)電力設(shè)備各個(gè)元件的檢修中，經(jīng)過(guò)一層層地分析逐步排除運(yùn)行狀態(tài)正常的部件，縮小故障范圍，最終確定故障位置的方法。可以將故障排除法具體分為兩種形式，其一是順推理故障排除法，就是對(duì)電源、設(shè)備、電路等逐一進(jìn)行故障查找的方式；其二是逆推理故障排除法，這種方法的原理與順推理正好相反，就是由故障元件倒推至電路、電源的方法。

3 中壓開關(guān)柜內(nèi)部故障電弧防護(hù)措施

3.1 中壓開關(guān)柜內(nèi)部故障電弧出現(xiàn)原因

造成中壓開關(guān)柜內(nèi)部故障電弧發(fā)生的原因主要分為內(nèi)部因素和外部因素兩種，內(nèi)部因素就是因?yàn)樵O(shè)備元件經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間、高負(fù)荷運(yùn)行出現(xiàn)了老化現(xiàn)象，諸如母線系統(tǒng)老化，絕緣性降低等，如果沒(méi)有及時(shí)更換新的元件，長(zhǎng)期下去勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致故障的出現(xiàn)，元件老化的時(shí)間與設(shè)備的質(zhì)量和平時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)。外部因素又可以分為人為因素和其他因素，人為因素就是電力部門工作人員沒(méi)有定期對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行故障檢查，在操作的時(shí)候出現(xiàn)失誤，將工具、雜物等帶進(jìn)開關(guān)柜；其他外部因素則是人為不可避免的因素，諸如小動(dòng)物誤入開關(guān)柜等情況。上文中已經(jīng)闡述了中壓開關(guān)柜內(nèi)部故障電弧的巨大不利影響，需要電力部門采用有效的措施來(lái)防護(hù)中壓開關(guān)柜內(nèi)部電弧故障。

3.2 中壓開關(guān)柜內(nèi)部故障電弧防護(hù)措施

3.2.1 加強(qiáng)中壓母線保護(hù)

加強(qiáng)專用中壓母線保護(hù)，定期檢測(cè)開關(guān)柜的運(yùn)行電流是防止電弧故障的有效措施之一。相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，安裝完中壓母線保護(hù)裝置后，系統(tǒng)會(huì)阻斷電弧燃燒產(chǎn)生的紅外線、紫外線以及可見(jiàn)光，從而顯著降低了中壓開關(guān)柜的內(nèi)部壓力，縮小了開關(guān)柜內(nèi)部電弧故障的影響范圍。加強(qiáng)中壓母線保護(hù)的防護(hù)措施操作比較簡(jiǎn)單、成本較低，而且不會(huì)造成任何污染，所以是當(dāng)前我國(guó)電力行業(yè)應(yīng)用于中壓開關(guān)柜內(nèi)部故障電弧防護(hù)中的重要方法。

3.2.2 應(yīng)用自動(dòng)保護(hù)裝置

工作人員應(yīng)該在電力系統(tǒng)故障檢修中應(yīng)用自動(dòng)保護(hù)裝置，有利于檢修人員在短時(shí)間內(nèi)鎖定故障位置、找出故障原因；當(dāng)電力系統(tǒng)開關(guān)柜出現(xiàn)故障電弧時(shí)，自動(dòng)保護(hù)裝置就會(huì)迅速切斷開關(guān)柜與其他電力設(shè)備的連接，防止開關(guān)柜內(nèi)部故障電弧影響擴(kuò)大，減少不利影響和危害。而且應(yīng)用自動(dòng)保護(hù)裝置還能客觀反映出電力系統(tǒng)運(yùn)行中的異常情況，可以將實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，如果發(fā)現(xiàn)異常情況就會(huì)發(fā)出差異信號(hào)，便于檢修人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障、排除故障。

3.2.3 加強(qiáng)系統(tǒng)的日常檢修

工作人員應(yīng)該定期對(duì)電力系統(tǒng)中的各種設(shè)備進(jìn)行檢查，排除故障。電力行業(yè)檢修工作中常見(jiàn)的措施主要有低壓保護(hù)和電流保護(hù)等。目前我國(guó)電力部門多采用狀態(tài)檢修的方式，這種檢修方式可以直接反映出電力設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，為后期的檢修提供重要參考。狀態(tài)檢修就是利用電力設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的差異性來(lái)幫助檢修人員采用科學(xué)的防護(hù)措施。狀態(tài)檢修方式的優(yōu)點(diǎn)有維修效率較高、維修成本降低等。中壓開關(guān)柜電弧故障是在短時(shí)內(nèi)發(fā)生的，所以在檢修時(shí)應(yīng)該對(duì)短路保護(hù)裝置進(jìn)行重點(diǎn)檢查，從而保證當(dāng)發(fā)生電弧故障時(shí)能夠及時(shí)將故障元件與其他設(shè)備切斷開來(lái)。

3.2.4 加強(qiáng)機(jī)械設(shè)計(jì)防護(hù)

隔室是防止開關(guān)柜電弧故障的重要措施，在實(shí)際中應(yīng)該盡量減少與帶電元件的接觸，隔室的密封性應(yīng)該重點(diǎn)檢查，從而防止故障時(shí)高溫氣體發(fā)生大范圍擴(kuò)散。

結(jié)語(yǔ)

中壓開關(guān)柜內(nèi)部電弧故障的破壞力非常強(qiáng)，影響范圍廣，為了盡量縮小中壓開關(guān)柜內(nèi)部電弧故障的不利影響，電力部門應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)的檢修，應(yīng)用自動(dòng)保護(hù)裝置來(lái)降低內(nèi)部電弧故障的影響范圍，最大限度保護(hù)其他電力設(shè)備和工作人員的安全。

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