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高压开关柜的故障特征及原因分析

发布时间:2020-06-24 13:55:58人气:

10kV开关柜是直接面向用户的而且数量最多的设备,广泛应用于各个变电所和带有直配供电的电厂,它安全可靠运行关系到整个电网的安全和供电的质量,在电力系统中占有举足轻重的地位。随着电网的不断发展扩大和对供电可靠性要求的不断提高,10kV开关柜安全可靠运行的问题越来越受到重视。从完整概念角度来说,开关柜由高压断路器、互感器、接地开关、隔离开关、负荷开关、高压熔断器、接触器及控制、保护、测量、调整装置,内部连接件、附件、外壳和支持件组成的成套配电装置。因此,开关柜是一种综合性的成套设备,型式多样种类繁多,其中的各个环节都可能引起缺陷和故障。

1989-1997年开关柜故障统计结果
图1为中国电科院统计1989-1997年间开关柜故障情况,可见绝缘故障和载流故障约占开光柜总故障的44%。
1992-2002年广东电网开关柜故障统计
图2为1992-2002年间广东电网开关柜故障统计结果,可见绝缘故障和载流故障约占开光柜总故障的66%。
   
因此说明开关柜故障的主要形式是绝缘故障和载流故障,而绝缘故障和载流故障都与放电存在密切的关系。实践表明,局部放电是导致开关柜绝缘老化和绝缘故障的主要原因,在绝缘故障的潜伏期都是通过局部放电表现出来的。

局部放电既是征兆,也是造成绝缘劣化的重要原因。电力设备在出厂之前都会进行一系列常规的试验,但常规的非耐压和耐压试验难以发现局部放电这类绝缘缺陷。设备发生局部放电时,开始只分散地发生在微小的局部范围,并不对设备耐压水平构成威胁,
几乎不会引起绝缘的贯穿性击穿。但是,在放电过程中会产生具有导电性和化学活性的物质,这些物质会使绝缘物氧化、腐蚀,继而扩大缺陷,进一步加剧局部放电。同时局部放电还会引起放电点附近或绝缘物的异常温升,使绝缘老化、破坏。如果在正常工作电压下已发生小范围的放电,久而久之,缺陷随着时间越来越大,直至绝缘物被击穿。因此,局部放的电将导致电力设备绝缘的劣化和缺陷的恶性循坏,严重时甚至会导致绝缘事故。

检测开关柜局部放电可以避免电力设备在运行中发生突发性绝缘损坏事故。从局部放电机理出发,根本原因的介质内部或表面电场强度过高。开关柜绝缘故障主要表现为表面污秽爬电、绝缘缺陷对地或相间闪络击穿、雷电过电压闪络击穿、套管闪络、爆炸、瓷瓶断裂等。导致这些故障的因素可能来自设备本身,也可能是受运行状态和环境条件的影响,主要原因是空间间隙小、绝缘水平低、柜内潮湿等恶劣环境条件,具体原因分析如下:

1)爬距太短、空间太小,导致绝缘强度不足。绝缘强度不足是导致开关柜绝缘损坏的根本原因。开关柜内设备众多,生产厂家又为了追求开关柜的尺寸,使得开关柜内设备越来越紧凑,导致爬距及空间间隙不够,绝缘裕度减小,并大幅度地减小相间距离、对地距离,这就容易引起相间、对地绝缘的闪络击穿。

2)设备本身质量差,装配工艺不良。由于制造厂家技术粗糙,生产的电力设备可能绝缘材料不均匀、内部存在空洞和杂质、导体表面存在凸出部等,都可能使设备发生局部放电,这在设备出厂的例行常规耐压试验中可能不会发现。并且开关柜内各器件、母线、支撑绝缘子等设备都是到现场后才安装到柜内组成一个整体,单独器件出厂时例行试验不存在问题,但安装成整体后,加之可能装配过程中存在瑕疵,使其绝缘强度以及耐压水平下降,可能造成开关柜运行一段时间后就出现绝缘方面的故障。如在安装过程中出现尖端毛刺或刮伤,螺杆不规则紧固螺母后长出过多,这样不仅造成电场的局部集中,而且降低了绝缘性能。再如,装配疏忽,造成绝缘板与导电体之间固定不牢固,开关多次操作后发生松动,在操作振动冲击后,引发间歇性放电。

3)开关接触不良或容量不足,导致发热甚至起火。当开关接触不良或容量不足时,会导致该处局部温升,严重时烧断该处载流部,引起对地或相间闪弧,造成绝缘闪络。

4)环境条件的影响。开关柜运行的环境条件差是导致开关柜发生绝缘闪络的主要原因。大气受到污染后,空气中含有各种酸、碱、盐、氨、重金属微粒、灰尘等污染物,这些污染物降落到裸露在空气中的绝缘子、套管及母线表面,日积月累形成一件“灰衣”。在干燥情况下,绝缘子表面污层电阻仍然很大,对闪络电压没多大影响,不会发生污闪。清洁水的电阻也很高,如果绝缘子没被污染,就算空气湿度很高,它的绝缘强度依然很高,此时也不发生污闪。因此,造成污闪事故的原因应综合污秽和潮湿两个因素。一般情况下,绝缘子或母线在持续较长干旱气候下积污较多,随着空气湿度增高,或在雨、雾、露、雪等不利气候条件下,污秽被充分湿润,其表面电导剧增,使绝缘子泄漏电流急剧增加,绝缘子闪络电压大大降低,甚至可能在工作电压下发生闪络。
   
5)雷击过电压造成开关柜闪络。运行状态异常也常导致设备故障,如运行过电压、谐波畸变、雷电波冲击等。雷击过电压包括直击雷过电压和感应过电压,直击雷一般是负极性,感应过电压一般是正极性的,它们的峰值很高,可达数千kV。雷击过电压击中杆塔或输电线路,可能导致导线对地或相邻两相间绝缘发生闪络,且行波沿线路进入变电站还可能导致开关绝缘击穿,产生放炮现象。在电力系统中,尤其是多雷地区,由雷云放电引起过电压造成开关柜闪络的事情时有发生,也是引起开关柜绝缘故障的重要原因之一。

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