论文部分内容阅读
摘要 作者针对该局所运行的不同型号的GBC型、KYN型铠装高压开关手车柜在运行中因接头接触不良、严重发热，绝缘薄弱、凝露闪络等原因，造成运行中闪弧放电事故，试图从设计制造安装、运行维护方面进行原因分析，探讨解决问题的办法。
关键词 铠装手车柜 事故 原因 分析 对策
0 引言
随着电力工业的飞速发展和城乡电网改造工程项目的大力实施推进，10kV、35kV电压等级的铠装型手车开关柜在电网中得到广泛的应用。但是由于设计制造和运行维护等方面的诸多原因，造成投运后易发生隔离触头接触不良严重发热烧坏，复合绝缘材料绝缘水平低下，谐振过电压或空气潮湿时易发生弧光闪络短路事故。因此对铠装手车柜存在的问题进行深入分析，探讨制定对策，保证安全运行尤为重要。
1 问题的提出及原因分析
1.1 设计制造方面
(1)电气安全距离偏小引起：有些制造厂家在上世纪90年代的产品，柜内载流导体外部未敷设热缩材料，如10kV铠装型手车开关柜，其电气安全距离是按原机械工业部规定的标准执行，对地安全距离为110mm，虽然此规定大于国际电工委员会IEC文献要求，但小于电力行业标准125mm的规定，且未考虑国内产品材料的质量和工艺、运行环境污染条件和发达国家的差异，柜内电气距离不够时用热缩材料和绝缘隔板来弥补，因憎水性较差，当柜内温度在31～35度，空气相对湿度在85％以上时容易结露，引起表面放电闪络炭化。时间长时造成绝缘降低，导致相间短路事故发生。
(2) 自然通风散热效果差引起：设计制造时柜体结构未充分考虑合理有效的自然通风散热问题。在大负荷情况下，电器接头接触部分容易出现温升过高现象。
(3)电气设备绝缘泄漏比距偏小引起：绝缘薄弱是手车柜的共同缺点。有部分10kV柜内支持绝缘子爬距为140～145mm，根据泄漏比距计算公式L=cm／kV，上述柜内支持绝缘子爬电比距则分别为1.333～1.38cm／kV及1.24～1.29cm／kV，远远低于发电厂、变电站一类污秽等级所要求的比距2.0～2.5cm／kV(中性点非直接接地系统)及1.7cm／kV(中性点直接接地系统)。在系统扰动产生过电压的情况下，引起绝缘闪络，诱发相间或弧光短路事故和单相对地弧光接地事故。
1.2 材料制造方面
(1)材料工艺质量差过热引起：其主要原因是由于市场有色金属涨价因素或加工精度不高及材料质量低下，造成隔离插头的动静触头接触压力和通流容量不够，触指在流过大电流时即严重发热，因柜体内自然通风散热条件差，时间稍长即会造成拉簧式扁触头或梅花式触头紧固压力弹簧退火，导致触指压力减小，引起发热。而发热又进一步增大了接触电阻，所增大的接触电阻，又加剧了接触部分的氧化和发热程度。在监控不及时不到位的情况下，将导致触指对静触头之间放电，灼伤接触表面，造成触头有效接触面积减小，形成恶性循环。情况严重时将会引起拉弧，其电弧又往母线侧延伸，波及电流互感器、母线及相邻间隔柜。此种现象在梅花式隔离触头柜尤为突出。
(2)电晕放电引起：柜内母排和元器件有毛刺而引起尖端电晕放电，导致绝缘表面电场分布很不均匀，当局部电场强度达到其临界场强时，气体发生局部电离出现蓝色荧光。它产生的热效应和臭氧、氮的氧化物会使绝缘体绝缘破坏。
(3)热击穿和污闪引起：手车柜内由于大量采用了压铸环氧树脂为材料的绝缘部件，尤其是复合绝缘材料的高压电缆外绝缘层、环氧浇注电流互感器、酚醛环氧绝缘罩、相间隔板及支架，运行中在交流电场的作用下以及接触部分的温升效应，将产生介质损耗，导致介质温度升高，温度升高又使介质损耗进一步增加。倘若柜体散热条件差，介质产生的热量超过散发热量，必然形成热积累效应，所产生的高温会导致介质熔化、炸裂或烧焦而完全丧失绝缘性能形成热击穿现象。同时，复合绝缘材料与瓷绝缘相比，憎水性差，若绝缘材料材质不好，在空气湿度大且污秽严重的情况下，运行中会导致吸潮凝露、导致表面泄露电流增大，当介质受潮、脏污或有破损时，由于潮湿的作用介质表面的游离电子增加，引起传导电流也增加，因此绝缘电阻便相应降低，在绝缘下降到一定程度时即引起局部沿面放电闪络，最终发展成相间短路或接地短路事故。
(4)有些制造厂家的产品以小标大引起：个别制造厂家所生产设备的实际稳定载流量与标称容量不符。货到现场后，使用安装单位只做设备交接试验，而没条件或忽视做载流导体的额定电流及温升试验。往往在实际运行中负荷电流在达到标称容量的50％～60％时，设备就严重发热。
1.3 运行维护方面
(1)接触不良引起：部分手车柜产品存在操作时机械传动部分卡滞、拉、合困难现象。拉合几次动插触头就会歪斜偏心或合不到位，造成接触不良。合上后其状态良好与否不易检查发现。运行中在大负荷电流所造成的电磁振动力的作用下，接触部分螺丝松动，引起动静触头或接头表面形成间隙，导致间隙火花放电，其能量虽不大，但温度可达摄氏百度甚至上千度，造成触头表面形成严重的电腐蚀麻坑现象，从而降低了有效接触面积，导致接触电阻进一步增大而引起严重发热。因柜体采用封闭结构，设备巡视观察和用红外线测温困难，其内部接触好坏不宜及时发现而埋下事故隐患。
(2)系统谐振过电压引起：手车柜在运行中，若系统发生扰动引起谐振过电压，其幅值可达3～3.5倍相电压，极有可能造成绝缘薄弱处闪弧放电。需要指出的是，闪弧放电是完善的气体放电形式，其放电机理是电极间的导电离子不断产生和消失，处在一种动平衡状态，它的条件是电源有足够的能量不断的输入放电点。在放电间隙形成放电通道。因在闪弧放电的初始阶段，电弧电流较小，电弧的燃烧往往是不稳定的，有可能达不到保护装置的动作值。随着能量的不断输入，电弧电流迅速上升，当电弧放电所产生的电游离金属气体温度达到一定程度后，形成稳定的高温电弧电流引起相间短路后，才能达到过电流保护装置动作值，而使保护动作切除事故。此过程由于时间较长，电弧放电的持续性高温，会使运行中的触头烧伤熔焊并烧焦击穿带电导体表面所敷设的绝缘材料，往往扩大为火烧连营的短路事故。同时，若柜内已经着火，即使在断开电源后，由于拉开手车操作需要一定的时间，有可能失去灭火的最佳良机，一定程度上助长了事故的蔓延。
2 应采取的对策
(1)严把设备选型、招标、入网运行关，尽量采用国内知名生产厂家的成熟产品，从源头上杜绝伪劣产品入网运行。
(2)严格按照《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》、 《高压架空线路和发电厂、变电所环境污区分级外绝缘选择标准》的规定，对外绝缘不合格的产品进行调整爬距技术改造，使之符合要求。对污秽严重的场所还应采用憎水性极强的RTV防污闪涂料，以增加防污能力。 (3)确保电气安全净距，对有些复合型(上、下层布置)的铠装开关柜，因柜体尺寸较小，不能保证相间空气间隙距离的，且母线未敷设高性能的FJRD阻燃热缩材料的复合绝缘套、复合热缩绝缘带和绝缘防护罩的铠装开关柜，要确保电气安全最小净距，相间及对地空气距离不得小于电力行业标准，同时要注意绝缘材料介电常数的配合。所采用的绝缘材料必须耐压性能好，不吸潮，耐老化，符合所使用电压等级的正规电工用阻燃绝缘材料。
(4)为防止系统发生谐振时的电压扰动，选用性能优良，励磁特性饱和点较高的电磁式或电容式电压互感器，并在变电站及各直供用户的电压互感器高压侧中性点加装LXQ型消谐电阻，在开口三角形绕组接微电脑控制消谐装置，以增大母线的对地感抗，减小自振固有频率以消除不同成分的铁磁谐振。
(5)对变电站主变负荷侧母线，分别按其送、供电线路总长度，定期计算电容电流和校核短路容量。电容电流超标的按规程要求装设自动调谐消弧线圈或分级调谐消弧线圈，以便消除由此产生的间隙性弧光接地过电压。对短路容量满足不了现场要求的断路器，及时予以更换。
(6)有条件时在柜内安装温度、湿度检测无线信号上传监控装置或采用远红外线热成像仪测温。同时对本柜体开关室顶部进行技术改进，加装抽风散热装置。发现问题，及时进行降温和除湿。对可能进潮气的柜底孔洞用阻燃材料进行封堵，以防止潮气和小动物进入。
(7)加强运行中设备的巡视检查和维护，发现问题及时处理。同时坚持“逢停必扫”制度和“定期停电清擦”制度，确保设备绝缘表面清洁。
(8)提高检修质量：运行中的开关要结合小修和大修对隔离触头接触情况进行检查和相关螺丝紧固，其方法为：
①上下隔离开关的检查：在三相静触头上下接触面上，敷上韧度较好的压感纸，将隔离开关合上后再断开，取下压感纸，检查压感纸受到压力后压力点的颜色变蓝情况，动静触头间接触面积应不少于80％，如达不到此要求，则要求将两个平面触指仔细调整，使之满足要求。对带电导体有毛刺的地方必须进行磨光处理。
②开关及隔离触头间接触电阻的测试：可用双臂电桥或降压法测得，要分别测得每相触头间接触电阻，其测试值应符合制造厂家提供的数椐要求。
④隔离开关实际载流试验：将隔离开关合上，在每相触头间加上开关铭牌额定电流值(可三相首尾相串后一起加载)。可用大电流发生器、行灯变压器或电焊机等作为升流器，此时逐步升流到额定值，然后用红外线测温仪测触头表面温度。每隔10min测一下温升，在室温不超过35度时，两小时内开关表面温度不应超过85度，若温升过快，基本上可断定触头材质有问题，应及时进行更换。
3 结语
科学技术的迅猛发展，给电力装备制造业提供了广阔前景，建议开关电器设计部门和制造厂家针对铠装手车柜产品中存在的问题，在设计理念和产品制造质量方面把好设计关和原材料关，提高产品工艺精度和装配质量，对所存在的问题加以改进，或者研发出性价比更为优良的替代产品。同时运行单位要加强设备试验和维护，提高检修质量和运行巡视管理水平，才能达到确保安全供电的目的。
关键词 铠装手车柜 事故 原因 分析 对策
0 引言
随着电力工业的飞速发展和城乡电网改造工程项目的大力实施推进，10kV、35kV电压等级的铠装型手车开关柜在电网中得到广泛的应用。但是由于设计制造和运行维护等方面的诸多原因，造成投运后易发生隔离触头接触不良严重发热烧坏，复合绝缘材料绝缘水平低下，谐振过电压或空气潮湿时易发生弧光闪络短路事故。因此对铠装手车柜存在的问题进行深入分析，探讨制定对策，保证安全运行尤为重要。
1 问题的提出及原因分析
1.1 设计制造方面
(1)电气安全距离偏小引起：有些制造厂家在上世纪90年代的产品，柜内载流导体外部未敷设热缩材料，如10kV铠装型手车开关柜，其电气安全距离是按原机械工业部规定的标准执行，对地安全距离为110mm，虽然此规定大于国际电工委员会IEC文献要求，但小于电力行业标准125mm的规定，且未考虑国内产品材料的质量和工艺、运行环境污染条件和发达国家的差异，柜内电气距离不够时用热缩材料和绝缘隔板来弥补，因憎水性较差，当柜内温度在31～35度，空气相对湿度在85％以上时容易结露，引起表面放电闪络炭化。时间长时造成绝缘降低，导致相间短路事故发生。
(2) 自然通风散热效果差引起：设计制造时柜体结构未充分考虑合理有效的自然通风散热问题。在大负荷情况下，电器接头接触部分容易出现温升过高现象。
(3)电气设备绝缘泄漏比距偏小引起：绝缘薄弱是手车柜的共同缺点。有部分10kV柜内支持绝缘子爬距为140～145mm，根据泄漏比距计算公式L=cm／kV，上述柜内支持绝缘子爬电比距则分别为1.333～1.38cm／kV及1.24～1.29cm／kV，远远低于发电厂、变电站一类污秽等级所要求的比距2.0～2.5cm／kV(中性点非直接接地系统)及1.7cm／kV(中性点直接接地系统)。在系统扰动产生过电压的情况下，引起绝缘闪络，诱发相间或弧光短路事故和单相对地弧光接地事故。
1.2 材料制造方面
(1)材料工艺质量差过热引起：其主要原因是由于市场有色金属涨价因素或加工精度不高及材料质量低下，造成隔离插头的动静触头接触压力和通流容量不够，触指在流过大电流时即严重发热，因柜体内自然通风散热条件差，时间稍长即会造成拉簧式扁触头或梅花式触头紧固压力弹簧退火，导致触指压力减小，引起发热。而发热又进一步增大了接触电阻，所增大的接触电阻，又加剧了接触部分的氧化和发热程度。在监控不及时不到位的情况下，将导致触指对静触头之间放电，灼伤接触表面，造成触头有效接触面积减小，形成恶性循环。情况严重时将会引起拉弧，其电弧又往母线侧延伸，波及电流互感器、母线及相邻间隔柜。此种现象在梅花式隔离触头柜尤为突出。
(2)电晕放电引起：柜内母排和元器件有毛刺而引起尖端电晕放电，导致绝缘表面电场分布很不均匀，当局部电场强度达到其临界场强时，气体发生局部电离出现蓝色荧光。它产生的热效应和臭氧、氮的氧化物会使绝缘体绝缘破坏。
(3)热击穿和污闪引起：手车柜内由于大量采用了压铸环氧树脂为材料的绝缘部件，尤其是复合绝缘材料的高压电缆外绝缘层、环氧浇注电流互感器、酚醛环氧绝缘罩、相间隔板及支架，运行中在交流电场的作用下以及接触部分的温升效应，将产生介质损耗，导致介质温度升高，温度升高又使介质损耗进一步增加。倘若柜体散热条件差，介质产生的热量超过散发热量，必然形成热积累效应，所产生的高温会导致介质熔化、炸裂或烧焦而完全丧失绝缘性能形成热击穿现象。同时，复合绝缘材料与瓷绝缘相比，憎水性差，若绝缘材料材质不好，在空气湿度大且污秽严重的情况下，运行中会导致吸潮凝露、导致表面泄露电流增大，当介质受潮、脏污或有破损时，由于潮湿的作用介质表面的游离电子增加，引起传导电流也增加，因此绝缘电阻便相应降低，在绝缘下降到一定程度时即引起局部沿面放电闪络，最终发展成相间短路或接地短路事故。
(4)有些制造厂家的产品以小标大引起：个别制造厂家所生产设备的实际稳定载流量与标称容量不符。货到现场后，使用安装单位只做设备交接试验，而没条件或忽视做载流导体的额定电流及温升试验。往往在实际运行中负荷电流在达到标称容量的50％～60％时，设备就严重发热。
1.3 运行维护方面
(1)接触不良引起：部分手车柜产品存在操作时机械传动部分卡滞、拉、合困难现象。拉合几次动插触头就会歪斜偏心或合不到位，造成接触不良。合上后其状态良好与否不易检查发现。运行中在大负荷电流所造成的电磁振动力的作用下，接触部分螺丝松动，引起动静触头或接头表面形成间隙，导致间隙火花放电，其能量虽不大，但温度可达摄氏百度甚至上千度，造成触头表面形成严重的电腐蚀麻坑现象，从而降低了有效接触面积，导致接触电阻进一步增大而引起严重发热。因柜体采用封闭结构，设备巡视观察和用红外线测温困难，其内部接触好坏不宜及时发现而埋下事故隐患。
(2)系统谐振过电压引起：手车柜在运行中，若系统发生扰动引起谐振过电压，其幅值可达3～3.5倍相电压，极有可能造成绝缘薄弱处闪弧放电。需要指出的是，闪弧放电是完善的气体放电形式，其放电机理是电极间的导电离子不断产生和消失，处在一种动平衡状态，它的条件是电源有足够的能量不断的输入放电点。在放电间隙形成放电通道。因在闪弧放电的初始阶段，电弧电流较小，电弧的燃烧往往是不稳定的，有可能达不到保护装置的动作值。随着能量的不断输入，电弧电流迅速上升，当电弧放电所产生的电游离金属气体温度达到一定程度后，形成稳定的高温电弧电流引起相间短路后，才能达到过电流保护装置动作值，而使保护动作切除事故。此过程由于时间较长，电弧放电的持续性高温，会使运行中的触头烧伤熔焊并烧焦击穿带电导体表面所敷设的绝缘材料，往往扩大为火烧连营的短路事故。同时，若柜内已经着火，即使在断开电源后，由于拉开手车操作需要一定的时间，有可能失去灭火的最佳良机，一定程度上助长了事故的蔓延。
2 应采取的对策
(1)严把设备选型、招标、入网运行关，尽量采用国内知名生产厂家的成熟产品，从源头上杜绝伪劣产品入网运行。
(2)严格按照《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》、 《高压架空线路和发电厂、变电所环境污区分级外绝缘选择标准》的规定，对外绝缘不合格的产品进行调整爬距技术改造，使之符合要求。对污秽严重的场所还应采用憎水性极强的RTV防污闪涂料，以增加防污能力。 (3)确保电气安全净距，对有些复合型(上、下层布置)的铠装开关柜，因柜体尺寸较小，不能保证相间空气间隙距离的，且母线未敷设高性能的FJRD阻燃热缩材料的复合绝缘套、复合热缩绝缘带和绝缘防护罩的铠装开关柜，要确保电气安全最小净距，相间及对地空气距离不得小于电力行业标准，同时要注意绝缘材料介电常数的配合。所采用的绝缘材料必须耐压性能好，不吸潮，耐老化，符合所使用电压等级的正规电工用阻燃绝缘材料。
(4)为防止系统发生谐振时的电压扰动，选用性能优良，励磁特性饱和点较高的电磁式或电容式电压互感器，并在变电站及各直供用户的电压互感器高压侧中性点加装LXQ型消谐电阻，在开口三角形绕组接微电脑控制消谐装置，以增大母线的对地感抗，减小自振固有频率以消除不同成分的铁磁谐振。
(5)对变电站主变负荷侧母线，分别按其送、供电线路总长度，定期计算电容电流和校核短路容量。电容电流超标的按规程要求装设自动调谐消弧线圈或分级调谐消弧线圈，以便消除由此产生的间隙性弧光接地过电压。对短路容量满足不了现场要求的断路器，及时予以更换。
(6)有条件时在柜内安装温度、湿度检测无线信号上传监控装置或采用远红外线热成像仪测温。同时对本柜体开关室顶部进行技术改进，加装抽风散热装置。发现问题，及时进行降温和除湿。对可能进潮气的柜底孔洞用阻燃材料进行封堵，以防止潮气和小动物进入。
(7)加强运行中设备的巡视检查和维护，发现问题及时处理。同时坚持“逢停必扫”制度和“定期停电清擦”制度，确保设备绝缘表面清洁。
(8)提高检修质量：运行中的开关要结合小修和大修对隔离触头接触情况进行检查和相关螺丝紧固，其方法为：
①上下隔离开关的检查：在三相静触头上下接触面上，敷上韧度较好的压感纸，将隔离开关合上后再断开，取下压感纸，检查压感纸受到压力后压力点的颜色变蓝情况，动静触头间接触面积应不少于80％，如达不到此要求，则要求将两个平面触指仔细调整，使之满足要求。对带电导体有毛刺的地方必须进行磨光处理。
②开关及隔离触头间接触电阻的测试：可用双臂电桥或降压法测得，要分别测得每相触头间接触电阻，其测试值应符合制造厂家提供的数椐要求。
④隔离开关实际载流试验：将隔离开关合上，在每相触头间加上开关铭牌额定电流值(可三相首尾相串后一起加载)。可用大电流发生器、行灯变压器或电焊机等作为升流器，此时逐步升流到额定值，然后用红外线测温仪测触头表面温度。每隔10min测一下温升，在室温不超过35度时，两小时内开关表面温度不应超过85度，若温升过快，基本上可断定触头材质有问题，应及时进行更换。
3 结语
科学技术的迅猛发展，给电力装备制造业提供了广阔前景，建议开关电器设计部门和制造厂家针对铠装手车柜产品中存在的问题，在设计理念和产品制造质量方面把好设计关和原材料关，提高产品工艺精度和装配质量，对所存在的问题加以改进，或者研发出性价比更为优良的替代产品。同时运行单位要加强设备试验和维护，提高检修质量和运行巡视管理水平，才能达到确保安全供电的目的。