高壓開關柜是變配電系統中非常重要的電能調控與分配調度的核心電氣設備,其運行安全可靠性直接影響到整個變配電系統能否具有較高的運行安全可靠性和節能經濟性。隨著電力用戶對供電電能質量水平、供電可靠性、安全性要求的進一步提高,尤其在占地面積日趨緊湊的建設背景下,10(6)KV、35kV等中高壓開關柜在變配電系統中發揮非常良好的作用。實際電能供電過程中,無論采用何種導電材料進行電能資源的傳輸,其均存在材料值阻,即在供電電流和電壓相互作用環境下,就會產生相應的熱損耗,一旦開關柜內觸頭、聯接部位等處,由于各種原因造成其接觸電阻值增大,則會導致主回路電阻值增大,相應運行中的發熱量將會在這些部位積聚,正常散熱量無法有效排除,進而使這些部位的溫度不斷升高,當溫升超過開關柜觸頭、接頭等材料的大允許溫度值時,就會引起發熱故障,輕者引起開關柜動作性能降低,重者將會引起設備嚴重燒損事故。運行中的高壓開關柜由于生產制造、原材料、檢修維護等原因會引起開關設備發生溫升故障,如不及時發現并采取相應措施進行有效處理就會引發較為嚴重的安全生產事故。
1、35kV高壓開關柜溫升故障原因分析
電力系統中的導線和接頭等處都存在著大小不同的電阻,而高壓開關柜中通過的電流較大,由焦耳定律可知,電路接通后導線和接頭會發熱,當發熱量超過材料本身的承受能力時開關柜就會由于溫度過高而發生故障。總的來看,造成高壓開關柜溫升故障的原因主要有以下幾個方面。
1.1開關柜的生產工藝不完善。
對于35kV高壓開關柜而言,其內部回路的電阻主要由兩部分組成,即導線電阻和動靜觸頭接觸時產生的電阻,而后者遠遠大于前者,可以將開關柜中的總電阻值近似等于動靜觸頭間的電阻值大小。如果開關柜的生產工藝落后,就會使動靜觸頭相接處的光滑度和平坦度不夠,當動靜觸頭相接觸后就不會形成平面接觸,而是一些點之間的接觸,電路通電以后,如果電流值過大,就會使相接處由于熱效應而收縮,接觸面積變小,電阻值變大,進而產生溫升故障。
1.2開關柜的安裝過程存在問題。
開關柜屬于比較精密的電力設備,對它的安裝要求比較高。如果采用的安裝工藝存在問題,會在很大程度上提高溫升故障發生的可能性。如有些重要零部件的安裝就位不精確,就會使動靜觸頭接觸不緊密,產生“虛接”現象,這樣就導致動靜觸頭處的電阻值大于正常接觸時的電阻值,當通入電流時就會發生溫升故障。
1.3操作人員的技術水平較低。
開關柜作為變電和配電的重要設備之一,對操作人員的技術水平要求較高,要求操作人員熟悉設備的操作規程并且具有高度的責任心。如果操作人員的安全意識淡薄、操作不熟練,就極有可能在運行和維護過程中發生誤操作現象,使動靜觸頭的接觸電阻增大而產生溫升事故。
1.4環境因素的影響。
大量的35kV高壓開關柜所處的環境條件比較差,這也是引發溫升故障的一個不可忽略的因素。在惡劣的環境條件下,如果灰塵量比較大、維護條件跟不上,就會使開關柜中布滿灰塵,灰塵積聚過多會對導電過程產生不利影響,尤其是在動靜觸頭接觸部位,隨著觸頭處灰塵量的增多,動靜觸頭的電阻也逐漸增大,很容易發生溫升故障。
1.5開關柜技術更新速度慢。
盡管這幾年通過政府投資對我國的輸電線路進行了大規模的改造,淘汰了大量老化的線路,也更換了大量輸電設備,但由于改造過程中沒有對整個改造工程進行科學的整體規劃,導致自動化設備的更新速度較慢,許多開關柜存在著超期服役、重要零部件老化的現象。有的地方沒有配置備用開關柜,使超期服役的開關柜繼續使用,這都大大增大了溫升事故發生的概率。比如某變電站開關柜使用過程中出現溫升過快問題,實際檢測數據表明,35kV側的ZN85-40.5型斷路器其接觸電阻遠超過規范要求的100μΩ,而該型斷路器的某些相主回路電阻高達198μΩ,其超標率達98%,溫升效應大大超過相應國標中觸頭大運行溫度75℃,高達90℃。后來經詳細測試得知,斷路器觸頭表面存在生產質量水平問題,運行時斷路器動觸頭灼燒,使觸頭表面發黑,導致主回路電阻超標。
2、減少35kV開關柜溫升故障發生的措施
通過前面的分析可知,開關柜中動靜觸頭處的電阻值變大是引發35kV開關柜溫升故障的源頭,動靜觸頭處的發熱在開關柜運行過程中不可避免,但可以采取必要的措施來將這方面的影響降到低程度。根據筆者多年的工作經驗,認為應該從以下幾個方面努力。
2.1重視開關柜的日常檢查和維修工作。
對于溫升故障應該堅持預防為主的原則,盡量避免事故的發生,當事故不可避免時應及時維修。管理部門必須重視開關柜的日常檢查工作,需要重點檢查動靜觸頭的接觸情況,觀察接觸部位的零部件有沒有發生變色、變形現象,接觸是否良好等,當發現動靜觸頭的導電性能不好時,可以采用涂導電膏的方式降低動靜觸頭處的接觸電阻,降低溫升效應。檢修時還要利用*的溫度檢測手段對開關柜重要部位的溫度進行測試,根據測試結果決定是否需要對開關柜進行維修,當發現溫度變化異常時應及時采用必要的應對措施,避免更大事故的發生。
2.2完善開關柜管理的規章制度和相關技術規范。
完善的管理制度有利于保障開關柜的長期安全運行,降低溫升故障發生的可能性,因此管理部門必須制定出完善的管理和運營制度及相關的技術規范。在制度中應規定可進行開關柜操作的人員資質和技能要求、相應負責人的具體職責、檢測和維修人員進行開關柜維修時的注意事項等。同時還應對相關人員因沒有按照管理制度和技術規范進行操作而造成事故后的處理措施,保證開關柜的檢查和維修工作嚴格按制度進行。
2.3加快開關柜的技術更新。
當前科學技術的發展速度越來越快,重要設備的更新速度也有逐漸加快的趨勢,管理部門必須意識到設備及時更新的重要性。具體到35kV開關柜來說,隨著自動控制技術、檢測技術和材料科學的發展,開關柜產品更新的速度也大大加快。比如,隨著檢測技術的發展,可以實現對溫度的不間斷自動檢測;隨著新材料技術的發展,各種電阻率低的新型材料在開關柜的生產中得到廣泛應用等。管理部門應重視開關柜的更新換代工作,拋棄陳舊的觀念,雖然新型開關柜的一次投資較大,但卻能保證變電和配電系統的長期安全運行。
2.4重視開關柜溫度的在線監測和應急工作。
開關柜的溫升既然是引起電力系統故障的主要原因之一,在實際的工作中必須重視對開關柜溫升的檢測工作。自動控制技術、計算機技術和現代電工電子技術的發展為全面實現開關柜的在線溫升檢測提供了可能,應給開關柜配備在線檢測系統,并將檢測結果實時記錄并存儲在計算機內。在溫度出現異常的情況下迅速啟動相應的應急預案,及時派維修人員趕赴現場,解決問題。
3、結論
高壓開關柜具有防護性能好、“五防”閉鎖功能安全可靠、維護檢修方便、運行操作簡單等優點,在10(6)KV、35kV等中高壓變配電系統中得到廣泛推廣應用,在開斷重要負荷和頻繁操作的場所中發揮非常重要的作用。但在實際運行中,由于許多因素會造成開關柜主回路電阻偏高,引起斷路器觸頭和母線溫升效應增加,給變配電系統帶來一系列安全問題。因此,在實際運行過程中,應采取有效技術措施和檢修維護制度及時發現開關柜內存在的溫升安全隱患,避免和減少開關柜發熱故障的逐步擴大和惡化,有效提高變配電系統的供電安全性、可靠性和節能經濟性。