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【故障分析】开关柜、環網櫃设备运行问题分析及對策

??發布日期:2016-6-22

12~40.5kV开关柜、環網櫃设备是电网系统中运行数量最多的一次变电设备,近年来,开关柜、環網櫃事故频发,造成了经济损失、人员伤亡等不好的社会影响。通过对在运开关柜、環網櫃开展全面排查、治理,发现其事故隐患及固有缺陷主要集中在接线方式、内部电弧释放能力、内部绝缘、发热和防误闭锁等方面,通过制定针对性的對策,开关柜、環網櫃事故数量大大减少,电网运行可靠性稳步提升。

0引言

截止到2014年底,国家电网公司系统共计装用开关柜610097面、環網櫃1199300面。其中,开关柜12kV占87.1%、24kV占1.2%、40.5kV占11.7%;开关柜中断路器柜与母线设备柜的比例约为5.7∶1,手车柜与固定柜的比例约为3.6∶1;绝大部分开关柜仍是空气绝缘,占总量的98.5%。详细数量及比例见图1。

图1 开关柜类型及数量

1接線方式隱患

1.1隱患類型

1.1.1 TV柜内避雷器直接连接母线

根據典型設計規範要求,TV櫃內避雷器須經隔離手車連接母線,而TV櫃內倉位布置、接線方式多樣,部分TV櫃內避雷器未通過隔離手車連接至母線上,當對TV進行檢修時,拉開隔離手車,避雷器仍帶電,給進入倉內作業的工作人員帶來觸電風險。TV櫃內避雷器主要有以下幾種接線形式,如圖2所示:

 

图2 开关柜接线方式隐患

1)接線方式一:TV櫃內避雷器與TV安裝于後倉,熔斷器安裝在手車上,避雷器直接與母線相連,TV通過隔離手車與母線相連;

2)接線方式二:TV櫃內避雷器安裝在母線室內,直接與母線相連,TV與熔斷器安裝在手車上;

3)接線方式三:TV櫃內避雷器單獨安裝在後倉或前下倉,直接與母線相連,TV與熔斷器安裝在手車上。

4)接線方式四:TV與熔斷器安裝在XGN系列固定櫃隔室內,避雷器單獨安裝在另一隔室,直接與母線相連;

5)接線方式五:避雷器、TV和熔斷器都安裝于後倉,避雷器直接與母線相連,TV通過隔離手車與母線相連;

6)接線方式六:避雷器、熔斷器和TV安裝于同台手車,避雷器接于熔斷器後級。該布置方式屬于錯誤接線,運行中一旦熔斷器熔斷,設備將失去避雷器保護。

1.1.2 开关柜下柜与后柜未完全隔离

部分KYN系列主變進線開關櫃、母聯開關櫃、饋線開關櫃等開關櫃的下櫃與後櫃未完全隔離,工作人員進入下櫃可能誤碰母線或電纜頭帶電部位,造成觸電。開關櫃下櫃與後櫃未隔離隱患如圖3所示。

图3 开关柜下柜与后柜未隔离隐患

1.2典型案例

2010年8月19日,江西某單位操作人員執行10kVI段母線電壓互感器由運行轉檢修調令,按照工作票要求,拉出10kVI段母線設備間隔小車至檢修位置,斷開電壓互感器二次空開,在I段母線電壓互感器櫃懸挂"在此工作"標示牌,在左右相鄰櫃門前後各挂紅布幔和"止步,高壓危險"警示牌,現場沒有實施接地措施。電壓互感器位置在開關櫃後倉,操作人卸下櫃後擋板,驗明電壓互感器確無電壓,進入櫃內拆除電壓互感器時,觸碰避雷器,發生櫃內接地故障,3名操作人員觸電死亡。事故現場照片及接線圖如圖4所示。

图4 事故现场照片及接线图

此次故障即爲開關櫃未按照國家電網公司典設以及設計圖紙要求,將10kV母線避雷器接在間隔小車之後,而是直接接在10kV母線上,導致拉開10kV母線電壓互感器隔離小車後,避雷器仍然帶電,施工人員在拆除電壓互感器過程中,觸碰到帶電的避雷器上部接線樁頭,造成人員觸電傷亡。

1.3

對策

對存在接線方式隱患的開關櫃進行一次接線改造。開關櫃接線方式改造示意圖如圖5所示。

图5 开关柜接线方式改造示意图

 

1.3.1 TV柜内避雷器接线方式技术改造方案

1)對于接線方式一,拆除隔室內部的避雷器,TV接線方式不變,封堵原母線室穿牆孔,將避雷器放在手車上改裝成熔斷器避雷器手車,且避雷器與熔斷器、TV回路並聯。

2)對于接線方式二,拆除母線隔室的避雷器,將避雷器移到手車上改裝成熔斷器和避雷器共手車,增加下觸頭盒安裝板、觸頭盒擋板及活門機構,將TV安裝在後倉,通過引線連接至隔離手車下觸頭。該方案可在原手車上實施,也可考慮更換新手車。

3)對于接線方式三,拆除原隔室的避雷器,將避雷器移到手車上改裝成熔斷器和避雷器共手車,封堵原母線室穿牆孔,增加手車下觸頭盒安裝板、觸頭盒擋板及活門機構,將TV安裝在後倉,通過引線連接至下觸頭上。該方案可在原手車上實施,也可考慮更換新手車。

4)對于接線方式四,拆除其它隔室內部的避雷器,把避雷器移到熔斷器、TV隔室內,連接至隔離開關斷口後,且與熔斷器、TV回路並聯。

5)對于接線方式五,避雷器,TV安裝位置不變,將原避雷器引線直接連接到隔離手車下觸頭,封堵原母線室穿牆孔。

6)對于接線方式六,該布置方式屬于錯誤接線,運行中一旦熔斷器熔斷,設備將失去避雷器保護。拆除原手車中的避雷器、熔斷器,改變接線位置,使避雷器接于熔斷器的上級,且與熔斷器、TV回路並聯。

1.3.2 开关柜下柜与后柜未完全隔离防范措施

由于此類開關櫃韩国19禁結構定型,如在改造中加裝隔板會改變其內部結構形式及空間分布,韩国19禁內部防護性能無法保證,因此在進入櫃內作業時必須確認主變10kV側轉檢修、主變開關轉檢修,方可進行工作。

2內部電弧釋放能力不足

2.1隱患類型

在实际运行中,金属封闭开关柜、環網櫃本身有缺陷,加之运行条件恶劣导致的绝缘性能劣化或误操作等原因,都会造成内部发生电弧故障。短路产生的电弧温度高、能量大,电弧本身是质量极轻的等离子气体,在电动力和热气的作用下电弧会在柜内高速移动并造成故障范围迅速扩大。在此情况下,绝缘材料气化,金属融化,开关柜内部温度及压力骤升,如果未设计或安装合格的压力释放通道,巨大的压力会造成柜体隔板、门板、铰链、观察窗严重变形甚至断裂,电弧产生的高温气流喷出柜体,造成设备附近的运行维护人员严重灼伤,甚至危及生命安全。当前在运设备存在未设置泄压通道、泄压通道设置不合理、内部电弧释放能力未经试验验证以及试验时的考核不严格等问题。

2.2典型案例

2009年9月30日,湖北某單位進行10kV開關控制回路斷線信號缺陷處理,工作票結束後,2名運行值班人員依據調度指令執行開關試送電操作時,高壓室發出巨大聲響,2人全身著火從高壓室跑出,最終醫治無效死亡。開關櫃斷路器操作機構底部固定螺栓因頻繁震動而松動脫落,引起相間短路,由于未設置壓力釋放通道,高溫高壓氣體將前櫃門沖開,導致在開關櫃外檢查的運行人員燒傷。事故現場照片如圖6所示。

图6 事故现场照片

 

2.3對策

选型:开关柜、環網櫃内部故障电弧性能应为IAC级,内部电弧允许持续时间应不小于0.5s,试验电流为额定短时耐受电流。对于额定短路开断电流31.5kA以上韩国19禁可按照31.5kA进行内部故障电弧试验。

改造:加裝或更改泄壓通道,嚴格按照型式試驗標准要求進行內部電弧試驗驗證。

保護:適當壓縮主變壓器各段保護級差,減少故障電弧的持續破壞時間。

3內部絕緣問題

3.1隱患類型

近年来,开关柜、環網櫃韩国19禁体积不断缩小,柜内绝缘性能发生缺陷、故障增多。主要表现在:爬距和空气间隙不够,特别是手车柜,现在很多厂家为了缩短柜体尺寸,大幅度地减小装于柜内的断路器、隔离插头的相间和对地距离,却未采取有效保证绝缘强度的措施;装配工艺不良,由于装配质量差,开关柜内的单一元件可以通过耐压试验,但组装后开关柜整体却无法通过;接点容量不足或接触不良,当接点容量不足或接触不良时,局部温度升高,绝缘性能下降,引起对地或相间闪络;凝露现象,自带加热器易损坏,无法正常工作,在开关柜内发生凝露现象,降低绝缘性能;配套附件绝缘性能差。部分制造厂为了降低成本,采用绝缘水平较低的配套附件,降低了开关柜的整体绝缘性能。

3.2典型案例

2006年11月8日,陝西某10kVI、II段母線TV二次電壓大幅下降,線路電流I段保護動作,開關跳閘,重合閘動作,重合失敗。現場檢查發現,開關櫃內避雷器上側引線接點的三相螺杆對開關櫃後門放電,避雷器、電纜頭和電流互感器均嚴重燒損,開關櫃後倉上蓋被炸開。故障主要由于線路間隔存在絕緣缺陷,發生單相接地,電弧産生灼熱煙氣,空氣電離,又由于該型式開關櫃相間距離較小,絕緣強度裕度小,造成其它兩相對後隔板放電,最終導致三相接地短路。事故現場照片如圖7所示。

图7 事故现场照片

3.3對策

不能盲目追求开关柜、環網櫃小型化,应根据工程情况、变电站内布置、运行维护和设备检修等因素综合考虑,采购合适的开关柜。

以空气或以空气/绝缘材料作为绝缘介质的设备应考虑绝缘材料的厚度、设计场强和老化问题,并要求制造厂按照标准要求进行凝露试验;对开关柜、環網櫃内穿墙套管、机械活门、母排折弯处等部位,如空气绝缘净距离小于125mm(12kV)和300mm(40.5kV),应采取导体加装绝缘护套的包封措施;进出线套管、机械活门、母排拐弯处等场强较为集中的部位,应采取倒角打磨等措施,防止电场畸变;柜内母线支持瓷瓶等一些绝缘爬距不能满足防污条件的设备,喷涂RTV绝缘涂料,提升老旧设备运行的技术条件。

4發熱缺陷

4.1隱患類型

回路連接點接觸不良,接觸電阻增大,發熱問題突出,如隔離觸頭接觸不良;金屬铠裝式櫃體通風口設計不合理,空氣不對流,散熱能力差,櫃內發熱問題較多;穿牆套管、電流互感器等安裝結構形成電磁閉合回路從而産生渦流,造成部分隔離擋板材質發熱現象嚴重;部分封閉開關櫃內幹式設備(澆注式電流互感器、澆注式電壓互感器、幹式變壓器)選用的繞組線徑不足、澆注工藝控制不嚴,極易發生過熱損壞。

4.2典型案例

2009年7月19日,上海某站2號主變10kV段跳閘,10kVⅢ/Ⅳ段自切成功。經檢查,2號主變12kV手車式隔離開關櫃閘刀A相主變側動觸頭與靜觸頭接觸不良,導致發熱,致使2號主變12kV引線手車、開關櫃上下觸頭盒及支持絕緣子燒損;同時,2號主變10kVⅢ段A相電流互感器由于緊鄰引線A相觸頭盒,受熱後外絕緣開裂。故障主要由于KYN4型開關櫃所配手車體形較大,整體容易變形,鴨嘴式彈簧觸頭接觸面小,易發生接觸不良缺陷;該設備運行年限長達15年,部件老化,回路電阻增大,致使發熱缺陷進一步惡化。

4.3對策

加强开关柜、環網櫃的散热,加装送风机及引风机;结合停电机会,检查动静触头接触压力,必要时予以更换,同时更换疲劳的触头弹簧。加大柜体内部测温技术研究,应用无线测温等新技术解决测温难问题。

5防誤閉鎖不完善

5.1隱患類型

大部分开关柜、環網櫃都装配了防误闭锁装置,但其防误闭锁全面性、强制性并未达到要求。部分铠装式开关柜的后部上柜门为可开启方式,无防误闭锁,无双隔离挡板,打开后就可直接触及带电部位,且螺丝为普通内六角螺丝,易发生开启柜门误入带电柜内的触电事故;部分主变、母联、TV、所用变等无接地开关的开关柜,后部下柜门未与接地开关形成机械闭锁,可拆除螺丝直接打开后柜门,未关柜门的情况下也能合闸送电,易造成检修人员误开、误入带电间隔,发生人员触电事故;部分开关柜后柜门上、下两部分不能独立闭锁,上柜门依靠下柜门闭锁。当合上出线接地开关,下柜门闭锁解除,后上柜门也可打开,易造成触电事故。如KYN28型开关柜;部分开关柜手车拖出后,可以轻易的将绝缘隔离挡扳推上,没有防误闭锁,带电体暴露,工作人员易误开启开关静触头活门档板,造成触电事故。

5.2典型案例

2005年6月30日,湖南某工區進行開關櫃周期性檢修工作。操作過程中,10kV配電室內有大量濃煙冒出,兩名操作人員均不同程度燒傷,事故後檢查發現開關櫃前後門都已打開,刀閘後櫃門打開,隔離開關櫃10kV母線、開關櫃頂部、母線穿屏套管、隔離開關及支柱瓷瓶均已燒壞。故障原因爲XGN9型固定式開關櫃的防誤功能不完善,在開關檢修並且母線帶電的情況下,後櫃門上層失去強制閉鎖,未有效防止工作人員誤入帶電區域。

5.3對策

针对开关柜、環網櫃防误功能不完善,对于后部上柜门可开启,且打开后就可直接触及带电部位的高壓開關櫃加装机械挂锁,配置微机防误程序锁进行闭锁;在GG1A、XGN等开关柜上加装接地开关与后柜门的联锁,加装带电显示装置闭锁接地开关操作。定期检查防误装置可靠性,利用停电机会检查手车与接地开关,隔离开关与接地开关的机械闭锁装置。

6結語

开关柜、環網櫃设备是电网重要的一次变电设备,为保证其运行稳定,应从设计、材料、工艺、试验、选型、运维等各个环节加强管控。严格按照典型设计要求,结合国家、韩国19禁标准,提出设计技术要求,从根本上杜绝接线隐患;依据国家和韩国19禁标准、以及反事故措施,制定严要求的设备招标文件,防止不合格韩国19禁入网运行;加强驻厂监造力度,对韩国19禁关键点、出厂试验严格见证,对于不合格韩国19禁坚决不允许其出厂;积极开展开关柜缺陷治理,强化反事故措施执行;完善开关柜防误功能,加强防误闭锁装置的管理,装设带电显示装置,并与"五防"系统配合,保证防误闭锁的全面性和强制性。

原标题:【故障分析】杨堃:开关柜、環網櫃设备运行问题分析及對策

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