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開關(guān)柜以及環(huán)網(wǎng)柜運行問題分析和對策

12~40.5kV開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜設(shè)備是電網(wǎng)系統(tǒng)中運行數(shù)量最多的一次變電設(shè)備,近年來,開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜事故頻發(fā),造成了經(jīng)濟損失、人員傷亡等不好的社會影響。通過對在運開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜開展全面排查、治理,發(fā)現(xiàn)其事故隱患及固有缺陷主要集中在接線方式、內(nèi)部電弧釋放能力、內(nèi)部絕緣、發(fā)熱和防誤閉鎖等方面,通過制定針對性的對策,開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜事故數(shù)量大大減少,電網(wǎng)運行可靠性穩(wěn)步提升。截止到2014年底,國家電網(wǎng)公司系統(tǒng)共計裝用開關(guān)柜610097面、環(huán)網(wǎng)柜1199300面。其中,開關(guān)柜12kV占87.1%、24kV占1.2%、40.5kV占11.7%;開關(guān)柜中斷路器柜與母線設(shè)備柜的比例約為5.7∶1,手車柜與固定柜的比例約為3.6∶1;絕大部分開關(guān)柜仍是空氣絕緣,占總量的98.5%。詳細(xì)數(shù)量及比例見圖1。

圖1開關(guān)柜類型及數(shù)量

1.接線方式隱患

1.1隱患類型

1.1.1TV柜內(nèi)避雷器直接連接母線

根據(jù)典型設(shè)計規(guī)范要求,TV柜內(nèi)避雷器須經(jīng)隔離手車連接母線,而TV柜內(nèi)倉位布置、接線方式多樣,部分TV柜內(nèi)避雷器未通過隔離手車連接至母線上,當(dāng)對TV進行檢修時,拉開隔離手車,避雷器仍帶電,給進入倉內(nèi)作業(yè)的工作人員帶來觸電風(fēng)險。TV柜內(nèi)避雷器主要有以下幾種接線形式,如圖2所示:

圖2開關(guān)柜接線方式隱患

1)接線方式一:TV柜內(nèi)避雷器與TV安裝于后倉,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柜內(nèi)避雷器安裝在母線室內(nèi),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柜內(nèi)避雷器單獨安裝在后倉或前下倉,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系列固定柜隔室內(nèi),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和熔斷器都安裝于后倉,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安裝于同臺手車,避雷器接于熔斷器后級。該布置方式屬于錯誤接線,運行中一旦熔斷器熔斷,設(shè)備將失去避雷器保護。

1.1.2開關(guān)柜下柜與后柜未完全隔離

部分KYN系列主變進線開關(guān)柜、母聯(lián)開關(guān)柜、饋線開關(guān)柜等開關(guān)柜的下柜與后柜未完全隔離,工作人員進入下柜可能誤碰母線或電纜頭帶電部位,造成觸電。開關(guān)柜下柜與后柜未隔離隱患如圖3所示。

圖3開關(guān)柜下柜與后柜未隔離隱患

1.2典型案例

2010年8月19日,江西某單位操作人員執(zhí)行10kVI段母線電壓互感器由運行轉(zhuǎn)檢修調(diào)令,按照工作票要求,拉出10kVI段母線設(shè)備間隔小車至檢修位置,斷開電壓互感器二次空開,在I段母線電壓互感器柜懸掛“在此工作”標(biāo)示牌,在左右相鄰柜門前后各掛紅布幔和“止步,高壓危險”警示牌,現(xiàn)場沒有實施接地措施。電壓互感器位置在開關(guān)柜后倉,操作人卸下柜后擋板,驗明電壓互感器確無電壓,進入柜內(nèi)拆除電壓互感器時,觸碰避雷器,發(fā)生柜內(nèi)接地故障,3名操作人員觸電死亡。事故現(xiàn)場照片及接線圖如圖4所示。

圖4事故現(xiàn)場照片及接線圖

此次故障即為開關(guān)柜未按照國家電網(wǎng)公司典設(shè)以及設(shè)計圖紙要求,將10kV母線避雷器接在間隔小車之后,而是直接接在10kV母線上,導(dǎo)致拉開10kV母線電壓互感器隔離小車后,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(guān)柜進行一次接線改造。開關(guān)柜接線方式改造示意圖如圖5所示。

圖5開關(guān)柜接線方式改造示意圖

1.3.1TV柜內(nèi)避雷器接線方式技術(shù)改造方案

1)對于接線方式一,拆除隔室內(nèi)部的避雷器,TV接線方式不變,封堵原母線室穿墻孔,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回路并聯(lián)。

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(gòu),將TV安裝在后倉,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,封堵原母線室穿墻孔,增加手車下觸頭盒安裝板、觸頭盒擋板及活門機構(gòu),將TV安裝在后倉,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(nèi)部的避雷器,把避雷器移到熔斷器、TV隔室內(nèi),連接至隔離開關(guān)斷口后,且與熔斷器、TV回路并聯(lián)。

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,封堵原母線室穿墻孔。

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(shè)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回路并聯(lián)。

1.3.2開關(guān)柜下柜與后柜未完全隔離防范措施

由于此類開關(guān)柜產(chǎn)品結(jié)構(gòu)定型,如在改造中加裝隔板會改變其內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式及空間分布,產(chǎn)品內(nèi)部防護性能無法保證,因此在進入柜內(nèi)作業(yè)時必須確認(rèn)主變10kV側(cè)轉(zhuǎn)檢修、主變開關(guān)轉(zhuǎn)檢修,方可進行工作。

2.內(nèi)部電弧釋放能力不足

2.1隱患類型

在實際運行中,金屬封閉開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜本身有缺陷,加之運行條件惡劣導(dǎo)致的絕緣性能劣化或誤操作等原因,都會造成內(nèi)部發(fā)生電弧故障。短路產(chǎn)生的電弧溫度高、能量大,電弧本身是質(zhì)量極輕的等離子氣體,在電動力和熱氣的作用下電弧會在柜內(nèi)高速移動并造成故障范圍迅速擴大。在此情況下,絕緣材料氣化,金屬融化,開關(guān)柜內(nèi)部溫度及壓力驟升,如果未設(shè)計或安裝合格的壓力釋放通道,巨大的壓力會造成柜體隔板、門板、鉸鏈、觀察窗嚴(yán)重變形甚至斷裂,電弧產(chǎn)生的高溫氣流噴出柜體,造成設(shè)備附近的運行維護人員嚴(yán)重灼傷,甚至危及生命安全。當(dāng)前在運設(shè)備存在未設(shè)置泄壓通道、泄壓通道設(shè)置不合理、內(nèi)部電弧釋放能力未經(jīng)試驗驗證以及試驗時的考核不嚴(yán)格等問題。

2.2典型案例

2009年9月30日,湖北某單位進行10kV開關(guān)控制回路斷線信號缺陷處理,工作票結(jié)束后,2名運行值班人員依據(jù)調(diào)度指令執(zhí)行開關(guān)試送電操作時,高壓室發(fā)出巨大聲響,2人全身著火從高壓室跑出,最終醫(yī)治無效死亡。開關(guān)柜斷路器操作機構(gòu)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(shè)置壓力釋放通道,高溫高壓氣體將前柜門沖開,導(dǎo)致在開關(guān)柜外檢查的運行人員燒傷。事故現(xiàn)場照片如圖6所示。

圖6事故現(xiàn)場照片

2.3對策

選型:開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)部故障電弧性能應(yīng)為IAC級,內(nèi)部電弧允許持續(xù)時間應(yīng)不小于0.5s,試驗電流為額定短時耐受電流。對于額定短路開斷電流31.5kA以上產(chǎn)品可按照31.5kA進行內(nèi)部故障電弧試驗。

改造:加裝或更改泄壓通道,嚴(yán)格按照型式試驗標(biāo)準(zhǔn)要求進行內(nèi)部電弧試驗驗證。

保護:適當(dāng)壓縮主變壓器各段保護級差,減少故障電弧的持續(xù)破壞時間。

3.內(nèi)部絕緣問題

3.1隱患類型

近年來,開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜產(chǎn)品體積不斷縮小,柜內(nèi)絕緣性能發(fā)生缺陷、故障增多。主要表現(xiàn)在:爬距和空氣間隙不夠,特別是手車柜,現(xiàn)在很多廠家為了縮短柜體尺寸,大幅度地減小裝于柜內(nèi)的斷路器、隔離插頭的相間和對地距離,卻未采取有效保證絕緣強度的措施;裝配工藝不良,由于裝配質(zhì)量差,開關(guān)柜內(nèi)的單一元件可以通過耐壓試驗,但組裝后開關(guān)柜整體卻無法通過;接點容量不足或接觸不良,當(dāng)接點容量不足或接觸不良時,局部溫度升高,絕緣性能下降,引起對地或相間閃絡(luò);凝露現(xiàn)象,自帶加熱器易損壞,無法正常工作,在開關(guān)柜內(nèi)發(fā)生凝露現(xiàn)象,降低絕緣性能;配套附件絕緣性能差。部分制造廠為了降低成本,采用絕緣水平較低的配套附件,降低了開關(guān)柜的整體絕緣性能。

3.2典型案例

2006年11月8日,陜西某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(guān)跳閘,重合閘動作,重合失敗。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn),開關(guān)柜內(nèi)避雷器上側(cè)引線接點的三相螺桿對開關(guān)柜后門放電,避雷器、電纜頭和電流互感器均嚴(yán)重?zé)龘p,開關(guān)柜后倉上蓋被炸開。故障主要由于線路間隔存在絕緣缺陷,發(fā)生單相接地,電弧產(chǎn)生灼熱煙氣,空氣電離,又由于該型式開關(guān)柜相間距離較小,絕緣強度裕度小,造成其它兩相對后隔板放電,最終導(dǎo)致三相接地短路。事故現(xiàn)場照片如圖7所示。

圖7事故現(xiàn)場照片

3.3對策

不能盲目追求開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜小型化,應(yīng)根據(jù)工程情況、變電站內(nèi)布置、運行維護和設(shè)備檢修等因素綜合考慮,采購合適的開關(guān)柜。

以空氣或以空氣/絕緣材料作為絕緣介質(zhì)的設(shè)備應(yīng)考慮絕緣材料的厚度、設(shè)計場強和老化問題,并要求制造廠按照標(biāo)準(zhǔn)要求進行凝露試驗;對開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)穿墻套管、機械活門、母排折彎處等部位,如空氣絕緣凈距離小于125mm(12kV)和300mm(40.5kV),應(yīng)采取導(dǎo)體加裝絕緣護套的包封措施;進出線套管、機械活門、母排拐彎處等場強較為集中的部位,應(yīng)采取倒角打磨等措施,防止電場畸變;柜內(nèi)母線支持瓷瓶等一些絕緣爬距不能滿足防污條件的設(shè)備,噴涂RTV絕緣涂料,提升老舊設(shè)備運行的技術(shù)條件。

4.發(fā)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(fā)熱問題突出,如隔離觸頭接觸不良;金屬鎧裝式柜體通風(fēng)口設(shè)計不合理,空氣不對流,散熱能力差,柜內(nèi)發(fā)熱問題較多;穿墻套管、電流互感器等安裝結(jié)構(gòu)形成電磁閉合回路從而產(chǎn)生渦流,造成部分隔離擋板材質(zhì)發(fā)熱現(xiàn)象嚴(yán)重;部分封閉開關(guān)柜內(nèi)干式設(shè)備(澆注式電流互感器、澆注式電壓互感器、干式變壓器)選用的繞組線徑不足、澆注工藝控制不嚴(yán),極易發(fā)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(jīng)檢查,2號主變12kV手車式隔離開關(guān)柜閘刀A相主變側(cè)動觸頭與靜觸頭接觸不良,導(dǎo)致發(fā)熱,致使2號主變12kV引線手車、開關(guān)柜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,受熱后外絕緣開裂。故障主要由于KYN4型開關(guān)柜所配手車體形較大,整體容易變形,鴨嘴式彈簧觸頭接觸面小,易發(fā)生接觸不良缺陷;該設(shè)備運行年限長達15年,部件老化,回路電阻增大,致使發(fā)熱缺陷進一步惡化。

4.3對策

加強開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜的散熱,加裝送風(fēng)機及引風(fēng)機;結(jié)合停電機會,檢查動靜觸頭接觸壓力,必要時予以更換,同時更換疲勞的觸頭彈簧。加大柜體內(nèi)部測溫技術(shù)研究,應(yīng)用無線測溫等新技術(shù)解決測溫難問題。

5.防誤閉鎖不完善

5.1隱患類型

大部分開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜都裝配了防誤閉鎖裝置,但其防誤閉鎖全面性、強制性并未達到要求。部分鎧裝式開關(guān)柜的后部上柜門為可開啟方式,無防誤閉鎖,無雙隔離擋板,打開后就可直接觸及帶電部位,且螺絲為普通內(nèi)六角螺絲,易發(fā)生開啟柜門誤入帶電柜內(nèi)的觸電事故;部分主變、母聯(lián)、TV、所用變等無接地開關(guān)的開關(guān)柜,后部下柜門未與接地開關(guān)形成機械閉鎖,可拆除螺絲直接打開后柜門,未關(guān)柜門的情況下也能合閘送電,易造成檢修人員誤開、誤入帶電間隔,發(fā)生人員觸電事故;部分開關(guān)柜后柜門上、下兩部分不能獨立閉鎖,上柜門依靠下柜門閉鎖。當(dāng)合上出線接地開關(guān),下柜門閉鎖解除,后上柜門也可打開,易造成觸電事故。如KYN28型開關(guān)柜;部分開關(guān)柜手車拖出后,可以輕易的將絕緣隔離擋扳推上,沒有防誤閉鎖,帶電體暴露,工作人員易誤開啟開關(guān)靜觸頭活門檔板,造成觸電事故。

5.2典型案例

2005年6月30日,湖南某工區(qū)進行開關(guān)柜周期性檢修工作。操作過程中,10kV配電室內(nèi)有大量濃煙冒出,兩名操作人員均不同程度燒傷,事故后檢查發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜前后門都已打開,刀閘后柜門打開,隔離開關(guān)柜10kV母線、開關(guān)柜頂部、母線穿屏套管、隔離開關(guān)及支柱瓷瓶均已燒壞。故障原因為XGN9型固定式開關(guān)柜的防誤功能不完善,在開關(guān)檢修并且母線帶電的情況下,后柜門上層失去強制閉鎖,未有效防止工作人員誤入帶電區(qū)域。

5.3對策

針對開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜防誤功能不完善,對于后部上柜門可開啟,且打開后就可直接觸及帶電部位的高壓開關(guān)柜加裝機械掛鎖,配置微機防誤程序鎖進行閉鎖;在GG1A、XGN等開關(guān)柜上加裝接地開關(guān)與后柜門的聯(lián)鎖,加裝帶電顯示裝置閉鎖接地開關(guān)操作。定期檢查防誤裝置可靠性,利用停電機會檢查手車與接地開關(guān),隔離開關(guān)與接地開關(guān)的機械閉鎖裝置。

6.結(jié)語

開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜設(shè)備是電網(wǎng)重要的一次變電設(shè)備,為保證其運行穩(wěn)定,應(yīng)從設(shè)計、材料、工藝、試驗、選型、運維等各個環(huán)節(jié)加強管控。嚴(yán)格按照典型設(shè)計要求,結(jié)合國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),提出設(shè)計技術(shù)要求,從根本上杜絕接線隱患;依據(jù)國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、以及反事故措施,制定嚴(yán)要求的設(shè)備招標(biāo)文件,防止不合格產(chǎn)品入網(wǎng)運行;加強駐廠監(jiān)造力度,對生產(chǎn)關(guān)鍵點、出廠試驗嚴(yán)格見證,對于不合格產(chǎn)品堅決不允許其出廠;積極開展開關(guān)柜缺陷治理,強化反事故措施執(zhí)行;完善開關(guān)柜防誤功能,加強防誤閉鎖裝置的管理,裝設(shè)帶電顯示裝置,并與“五防”系統(tǒng)配合,保證防誤閉鎖的全面性和強制性。


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