10kV开关柜故障原因与应对措施分析
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10kV开关柜故障原因与应对措施分析
摘要:开关设备在电力系统中起着重要的控制与保护作用,内部燃弧故障产生的高温、高压和壳体烧穿效应对设备、建筑物以及工作人员的安全造成了巨大威胁。本文主要对10kV开关柜故障原因与应对措施进行分析。
关键词:10kV开关柜;故障原因;应对措施
引言
高压开关柜由于有结构紧凑、操作方便等特点,已广泛用于35kV及以下的变电站,而高压开关柜的问题也较为常见。
1 10kV高压开关柜的故障原因
高压开关柜的绝缘性能是一个很重要的指标,它很容易受到环境条件、安装和维护、操作不当等因素的影响。开关柜工作环境较差,如:室内环境潮湿,绝缘子和母线表面受到污染,导致开关柜内部积存水分,造成污染,造成开关设备的绝缘损坏。老化对高压开关设备的绝缘性能也有很大影响。随着近十年来我国经济和社会的迅速发展,原有的高压开关柜在长时间的使用中难免会发生超负荷,长时间的过载,导致其内部的绝缘材料会发生老化。另外,绝缘系数、空气间隙对高压电容器的绝缘特性也有一定的影响。很多厂家都把开关柜的大小做得很小,以达到客户的需求。一般的方法是降低高压开关和ASU内的绝缘插头的相距或接地间距,在这种情况下没有采取相应的改进措施,造成空分设备的隔离水平降低,造成空分设备在操作中经常发生事故。
2 10kV开关柜故障应对措施
2.1加强高压开关柜内部运行环境控制
(1)降低高压开关箱内的尘埃,如设置滤网、栅栏等。(2)严格地控制高压开关装置的工作温度。采用通风设备等措施,使高压开关柜的内部工作温度下降,从而降低了所产生的热。通过对高压开关柜操作过程中的温度进行影响和测量,从而实现对开关柜内部操作温度的控制。(3)对高压开关柜的温度进行严格的控制。为了降低高压开关柜内部的湿度,在高压开关柜中设置有干燥机。
2.2基于手车式高压开关柜的手车智能控制技术
随着智能电网的发展,开关设备智能化在国外和国内实际上已经历了多年研究,并且在智能变电站或新能源集控中心有了一些应用。在传统的手车式高压开关柜断路器手车底盘和接地开关处增设电驱动机构,通过电气二次系统,可实现对步进电机的正反转控制,用以驱动小车的摇入、摇出和接地开关的分合闸操作。增加的电驱动部分模块化嵌入小车底盘和接地开关,不改变原有开关柜的结构和功能,所以不会对原开关柜的电气性能和机械性能造成影响。不打乱重构原有开关柜的五防闭锁,而是在原有开关柜完善的机械五防闭锁机构之外,再设计一套电气闭锁系统,两套五防既可共存又可独立起作用,相互不产生干涉,大大提高了高压设备操作的安全性。一方面,电动操作和手动操作共存,二者各自都可以独立操作,并实现自由切换,提高了操作的可靠性、灵活性。另一方面,两种操作互锁,确保在同一时间只能使用一种操作模式,从而确保了操作的安全性。
2.3边缘物联终端在智能化开关柜中的应用
近年来,开关柜在长期运行中由于柜内开关的机械特性可能存在一定的偏移,开关的触头,母线连接和电缆连接处等部位因制造、运输、安装不良、接触面氧化、老化等原因导致接触面电阻过大而发热。这些性能特征及温度如果没有监测,得不到及时检修及维护,则常常会引起开关柜拒动误动,使得开关柜故障扩大,甚至导致开关柜爆炸及大面积停电;温升过高也会导致设备烧毁甚至引发火灾,造成极大的损失。有关统计表明,变电站维护费用的一半以上是用在高压断路器上,而其中60%用于断路器的小修和例行检修。另外,传统的开关柜每增加一项功能,就会增加相应的传感器以及采集单元,并且所有信息都要上传到后台进行分析控制,既增加了开关柜的成本,造成开关柜设备室空间狭小及布线困难,也存在传感器采集信息的多维重叠问题。一条信息可能由两个或多个传感器同时上报,但由于不同厂家,不同算法做出来的分析结果可能存在差异,给后台处理分析带来一定的难度,同时对网络通信造成很大的压力,一旦出现通信网络问题,就有可能无法进行快速故障处理及薄弱点分析。边缘物联终端基于物联网型通用的软件定义终端体系架构,采用硬件平台化和软件APP化设计理念,融合应用了物联感知、通信、边缘计算、人工智能、信息安全及芯片国产化等技术。开关柜智能化建设采用传感技术、多通道通信与组网技术、数据库技术和服务器技术等,形成一套基于物联网的远程实时监控系统,边缘物联终端的边缘计算协同云平台计算、分析和预警,实现对开关柜无间断、全覆盖、全数字自动化的实时记录、分析,将实时监测的开关设备运行状态上送给物联管理系统平台,同时,由于采用了软件定义终端的架构,可以灵活扩展业务应用,只需在云平台上增加相应的业务应用APP,然后下装到物联终端里,终端就增加了相应的逻辑分析功能,大大减少了工程配置,同时多维监测数据统一进行采集,在特定时间段,进行数据采集对时,保证本地收集数据及上传物联网云平台数据具有统一时标进行数据分析整合及一致性管理。
2.4变电站电压互感器间隔的高压熔断器熔断防范
在高压开关柜故障中,电压互感器间隔的高压熔断器熔断和线路间隔的断路器分合闸异常最常见。电压互感器间隔的高压熔断器熔断往往由外部条件激发,如倒闸操作、雷击、单相接地等会使电压互感器磁饱和,磁饱和的电压互感器的感抗会下降,与系统对地电容形成铁磁谐振,这种谐振会引起过电压,反映在电压互感器一次绕组是过电流,当电流超过高压熔断器的限流值时,高压熔断器会熔断;线路间隔的断路器分合闸异常包括分合闸线圈烧毁导致失去分合闸动力和断路器机构卡涩导致无法分合闸。将接地保护装置改装为消弧线圈并联小电阻装置。消弧线圈投入运行后,相当于系统除电压互感器外多了一个金属接地点。当系统发生单相接地时,由于消弧线圈的阻抗较小,接地电流大部分会通过消弧线圈,而通过电压互感器的电流较少,出现铁磁谐振的概率很小,高压熔断器不容易发生熔断。另外,消弧线圈在单相接地时会自动补偿电流,非故障相的电压不会太高,也不会积聚太多电荷,当单相接地消失后,也不存在电荷释放的通道,从根源上减少了电压互感器出现铁磁谐振的概率。
2.5散热与防凝露控制系统设计 目前,对高压开关箱进行室内温湿调节,采用了散热器和防露水装置。散热器用于调整开关柜的室内温度,防露水装置是用于调整开关柜内的环境湿度的防凝结装置。在迎峰度夏和迎峰度冬的过程中,为了保证开关柜的内部环境指标达到要求,必须使用智能化监控系统。系统具有远程监控、现场监测、数据采集、操作等功能,对电流、温度、湿度、远程监控切换状态等进行测量。在高压开关柜的门上安装了现场监控模块,实现了模拟、数码变换、显示、降温、防凝结等功能;在高压开关柜的仪器室中安装了各个状态量的显示和数据采集模块,通过断路器与电缆之间的连接达到对负载电流、温度、湿度的控制,实时监控和传输设备运行参数。
结语
要注重对10kV高压开关柜的元器件、材料进行检查,规范设备的使用,并对其进行检查,制订适当的针对其在运行过程中出现的各种故障,并采取相应的对策,尽可能地降低其发生的概率,并采取相应的措施,使其在最短的时间内排除故障。
参考文献
[1]马云家,杨银迪.浅析10kV高压开关柜故障原因及防范措施[J].科技创新与应用,2016(07):193.
[2]周恒逸,赵邈,毛柳明,刘味果.10kV高压开关柜故障分析及设备质量监督[J].湖南电力,2013,33(06):27-29.