开关柜内部故障电弧的探讨

学术论文陈顺利 2018-11-07 11:25:56
    0 引言
    开关柜是电力系统运行过程中的重要电力设备,只有确保开关柜的可靠性才能保證整个电力系统的正常运行。但是实际上电力系统运行中的常见严重故障之一就是由中压开关柜内部故障电弧引发的事故,这种故障会严重降低电力系统运行的安全性和稳定性。为了降低故障危害对电力系统的影响,电力部门对开关柜性能给予充分的重视,在日常工作中加强对开关柜的维护,配置相应的保护装置,这样开关柜在发生内部弧光短路故障时,保护装置就可以迅速将其切断,与电力系统分离开来,防止给其他电力设备和电力工作人员带来危害。
    1 开关柜内部故障电弧出现的原因及危害
    1.1 开关柜内部故障电弧出现的原因
    成套开关柜在电力系统配电装置中的应用较为广泛,在实际运行过程中,开关柜时常因为电弧短路等原因出现故障,导致整个配置装置出现问题,造成大面积停电。造成电弧短路的因素有很多种,比如开关柜使用时间过长导致绝缘性能降低;由于断路器推进推出损坏绝缘;一些小动物误入开关柜等情况都会造成开关柜故障。据相关调查资料显示,我国110kV等级以上变电所每年出现开关柜故障的概率达到0.8%,农村配电网中开关柜故障的概率甚至更高。中压开关柜内部故障电弧会给整个电力系统和用户带来非常严重的影响,给电力企业造成巨大的经济损失,甚至还会造成严重的人员伤亡事故和周边建筑物破坏等。
    1.2 开关柜内部故障电弧的危害
    中压开关柜故障电弧会改变电路中的电流和电压状况,故障电弧电流和电压分别呈现出正弦波形和斜顶梯形的形状。电弧电流零区电压的变化幅度非常大,随着时间的推移,电压顶部就会逐渐倾斜。电弧的复杂特性会在非常短的时间内将电能转化为热能,导致周围空气温度剧增,从而极大增加了周围空气的压力,电弧能量在密封的环境中会以高温高压气体爆炸的方式释放出来,导致开关柜爆裂、柜内电力设备损坏,破损的零部件会高速飞出开关柜,并时不时地喷出火焰。电弧的这种爆炸故障不仅会损坏到周围的电力设备,而且还会威胁电力工作人员的生命安全,电力系统覆盖范围的大面积停电是不可避免的,严重影响了用户的用电和正常生活。所以,电力行业制定的规范中都规定开关柜应该能承受一定的故障标准,防止爆炸等大事故的出现和造成重大危害。
    2 中压开关柜内部故障检测方法分析
    2.1 电路敲击法
    电路敲击法是在电力设备正常带电运行中进行的,工作人员利用橡皮小锤轻轻敲击运行中的设备,可以判断出敲击设备及其附近设备的性能是否处在良好状态。如果元件经过敲击后发生异常情况,就说明其内部存在故障隐患,需要工作人员采取进一步措施来找出故障的具体部位和故障因素。
    2.2 图形分析法
    电力设备的设计图中包括着设备结构、运行原理、安装方式以及维修养护方法等各种信息。这些设计图在电力设备故障检修时会发挥出非常重要的作用。工作人员在检修中压开关柜故障时需要以设备的图纸作为依据,来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员在对电力设备各个元件的检修中,经过一层层地分析逐步排除运行状态正常的部件,缩小故障范围,最终确定故障位置的方法。可以将故障排除法具体分为两种形式,其一是顺推理故障排除法,就是对电源、设备、电路等逐一进行故障查找的方式;其二是逆推理故障排除法,这种方法的原理与顺推理正好相反,就是由故障元件倒推至电路、电源的方法。
    3 中压开关柜内部故障电弧防护措施
    3.1 中压开关柜内部故障电弧出现原因
    造成中压开关柜内部故障电弧发生的原因主要分为内部因素和外部因素两种,内部因素就是因为设备元件经过长时间、高负荷运行出现了老化现象,诸如母线系统老化,绝缘性降低等,如果没有及时更换新的元件,长期下去势必会导致故障的出现,元件老化的时间与设备的质量和平时的运行状态有关。外部因素又可以分为人为因素和其他因素,人为因素就是电力部门工作人员没有定期对开关柜进行故障检查,在操作的时候出现失误,将工具、杂物等带进开关柜;其他外部因素则是人为不可避免的因素,诸如小动物误入开关柜等情况。上文中已经阐述了中压开关柜内部故障电弧的巨大不利影响,需要电力部门采用有效的措施来防护中压开关柜内部电弧故障。
    3.2 中压开关柜内部故障电弧防护措施
    3.2.1 加强中压母线保护
    加强专用中压母线保护,定期检测开关柜的运行电流是防止电弧故障的有效措施之一。相关实验表明,安装完中压母线保护装置后,系统会阻断电弧燃烧产生的红外线、紫外线以及可见光,从而显著降低了中压开关柜的内部压力,缩小了开关柜内部电弧故障的影响范围。加强中压母线保护的防护措施操作比较简单、成本较低,而且不会造成任何污染,所以是当前我国电力行业应用于中压开关柜内部故障电弧防护中的重要方法。
    3.2.2 应用自动保护装置
    工作人员应该在电力系统故障检修中应用自动保护装置,有利于检修人员在短时间内锁定故障位置、找出故障原因;当电力系统开关柜出现故障电弧时,自动保护装置就会迅速切断开关柜与其他电力设备的连接,防止开关柜内部故障电弧影响扩大,减少不利影响和危害。而且应用自动保护装置还能客观反映出电力系统运行中的异常情况,可以将实际运行状态与运行参数进行对比,如果发现异常情况就会发出差异信号,便于检修人员及时发现故障、排除故障。
    3.2.3 加强系统的日常检修
    工作人员应该定期对电力系统中的各种设备进行检查,排除故障。电力行业检修工作中常见的措施主要有低压保护和电流保护等。目前我国电力部门多采用状态检修的方式,这种检修方式可以直接反映出电力设备的实际运行状态,为后期的检修提供重要参考。状态检修就是利用电力设备运行参数的差异性来帮助检修人员采用科学的防护措施。状态检修方式的优点有维修效率较高、维修成本降低等。中压开关柜电弧故障是在短时内发生的,所以在检修时应该对短路保护装置进行重点检查,从而保证当发生电弧故障时能够及时将故障元件与其他设备切断开来。
    3.2.4 加强机械设计防护
    隔室是防止开关柜电弧故障的重要措施,在实际中应该尽量减少与带电元件的接触,隔室的密封性应该重点检查,从而防止故障时高温气体发生大范围扩散。
    结语
    中压开关柜内部电弧故障的破坏力非常强,影响范围广,为了尽量缩小中压开关柜内部电弧故障的不利影响,电力部门应该加强对电力系统的检修,应用自动保护装置来降低内部电弧故障的影响范围,最大限度保护其他电力设备和工作人员的安全。
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