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摘要:高压开关柜是指电力系统中用于发电、输电、配电、电能转换、消耗中起通断、控制或保护的装置,其应用范围广,绝缘性能直接影响电网的安全运行。高压开关柜绝缘事故会造成严重危害,损坏设备开关,还会影响电网,甚至造成停电,导致重大经济损失,因而要改善高压开关柜的绝缘性能,以确保其安全运行。
关键词:高压开关柜;绝缘事故;原因;绝缘性能;优化措施
高压开关柜作为系统中重要设备,负责输电、配电、转换转换等系统的控制及保护。高压开关柜若发生绝缘事故,不仅不能保证系统的正常运行,还对相关人员的人身安全构成严重威胁。为有效利用高压开关柜在系统中的积极作用,要深入分析高压开关柜绝缘事故的原因,并在此基础上制定有针对性的解决方案。基于此,本文重点阐述了高压开关柜绝缘事故原因及绝缘性能的优化措施。
一、高压开关柜绝缘事故类型
高压开关柜绝缘事故类型包括:①拒合、机械事故。前者较常见,当高压开关柜无法分闸时会发生拒合事故,这与设备内部断路器的故障有关,断路器无法闭合,导致开关柜分闸动作受到影响。②爆炸事故。高压开关柜本身绝缘不良,内部绝缘介质老化,或外部环境中空气潮湿度不适合开关柜工作,绝缘层损坏后,设备内部部件也在恶劣环境中运行,最终导致爆炸事故。③载流、操作回路引起的绝缘事故。载流回路中的故障是回路过热,若回路中有接触不良的部件,回路将会升温。当开关接触面积或压力达不到标准时,也会导致回路升温,造成回路无法正常工作。操作回路故障是指元件的变形,形变后元件位移,机构操作时卡涩,导致设备故障率增加。
二、高压开关柜绝缘故障原因
1、爬距、间隙不足。在正常电压供应下,相间电弧事故原因是绝缘爬距和间隙不足,在这种情况下,启动开关柜时,机柜绝缘层的保护机制较弱,无法满足标准的绝缘等级要求。此外,内部元件材料存在以次充好现象,易引发绝缘事故。若组装不严格按设计规范进行,绝缘爬距明显不足,若设备内部有电流泄漏,将无法及时流入地下。柜体表面会出现泄漏电流,导致绝缘层损坏,若此时内部电压过低,有可能引发闪络事故,严重阻碍开关柜正常运行。
2、制造、装配质量和工艺差。开关柜整体耐压水平受到制造、装配质量的限制,例如,开关柜内单个元件可通过耐压测试,但开关柜整柜却通不过,其是因装配质量差。若紧固螺钉不规则,拧紧后螺杆会长出螺母过多,形成隐藏放电点;一些支撑瓷瓶的紧固底板呈“T”形,瓷瓶支撑处未进行特殊处理,缩短了绝缘距离,还导致电场局部分布不均匀。此外,支撑瓷瓶的质量和动态稳定性差,会导致瓷瓶在短路电流冲击下断裂,导致事故扩大。
3、接触不良或容量不足,导致开关柜发热并引发火灾。当接点接触不良或容量不足时,局部温度升高,严重时,该点的导流部件被烧毁,导致对地或相间弧光短路,致使绝缘闪络。
4、环境方面的原因。对于高压开关柜,其运行环境将直接影响其安全稳定性。例如,在相对干燥环境中,即使绝缘子表面布满灰尘,也不会影响其电阻性能,一般来说,不存在污闪问题。然而,长期在潮湿污垢环境中运行会影响绝缘子表面,最终导致污闪和绝缘电阻下降,加速绝缘部件的老化速度。高压开关柜有许多绝缘部件,如避雷装置、绝缘套管、环氧树脂互感器等,这些部件往往由于外部因素(如温度、湿度、外力等)影响而加速老化,导致爬电问题,最终引起绝缘事故。
5、雷电的自然影响。这种现象由雷云引起,而雷电过电压现象是一种常见情况,有以下类型。一是雷电直接击中电压设备产生的过电压,高达几百伏的电压直接使输电线路放电,该高压将以波形从被击中点沿导线传播,经过的导线地方会出现过电压现象。二是感应过电压情况,由于雷电将输电线路周围物体电击,导致雷电电流流入地面,形成电磁场,造成导线过电压。
三、高压开关柜绝缘性能优化措施
1、确保安全距离符合要求,并增加绝缘爬距。当使用空气作为绝缘介质,高压开关柜中各种导体间的安全距离应符合相关净距标准。增加绝缘爬距,使其大于或等于195mm,并定期检查爬距以确保其符合距离标准。此外,高压开关柜中的相关原件必须满足一定等级的环境污秽,污秽等级为二级的高压开关柜中元件间的爬距应大于18mm/kV,污染等级为3级时,元件间的距离应大于20mm/kV,环氧绝缘材料的爬距应大于或等于205mm,确保符合相关要求和标准,避免发生绝缘事故。此外,若高压开关柜中绝缘子绝缘性低,应及时更换,瓷瓶、复合材料绝缘子可用于更换。在污秽严重情况下,绝缘瓷瓶应安装污秽合成伞瓷,可直接替换为防污型绝缘子,以防止绝缘事故。
2、严格按规范操作。近年来,国家出台了高压开关柜相关设计规范,以确保其在运行中的稳定性。要求电力运维人员对元件进行质量检验和控制,优化有制造缺陷的元件,并确保单个元件通过测试后才能组装。在组装各元件前,必须确保元件表面干燥且无污垢,并选择合适的螺栓连接组件。利用网络系统及通信和传感技术优势,对高压开关柜进行实时监测,帮助人们及时发现故障,尽快找出故障位置,并排除故障,避免绝缘事故的发生。高压开关柜温度监测系统可用于在线监测其温度,凭借系统的高压隔离、抗强电场和热稳定性能,可实时监测高压开关柜触头温度,及时找出异常加热故障现象。
3、严格监管高压开关柜设备质量。为从根本上提高高压开关柜运行质量和效率,相关人员可从严格监管高压开关柜设备质量开始。针对高压开关柜生产市场混乱问题,制定相关监管标准,并努力加大对高压开关柜制造商的审核力度,禁止不合格高压开关核产品流入电力工程项目,从根本上提高所用高压开关柜质量,确保其绝缘性能符合系统运行要求。
4、注重高压开关柜绝缘老化的维修。为有效处理高压开关柜绝缘事故,相关人员还应高度重视高压开关柜绝缘老化的维修。一方面,根据绝缘材料在不同环境中的老化规律,对高压开关柜材料的老化程度进行比较分析;另一方面,积极引入高压开关柜绝缘性能检测系统,实时记录设备实际运行中的绝缘性能,从源头上控制高压开关柜绝缘事故发生,提高其实际运行中的安全、经济效益。
5、维持良好的运行环境。为有效降低高压开关柜发生事故的风险性,还需要维持良好的设备运行环境。①定期对高压开关柜室通风;②在开关柜室内窗户上安装纱窗,防止灰尘进入设备;③为应对运行环境的高湿度,可增加红外线加热装置,将室内湿度控制在有效范围内;④对高压开关柜底部封堵,防止小动物进入并损坏柜内构件。
6、加强高压开关柜的日常维护
①加强高压开关柜清扫及检查工作。若高压开关柜采用气体绝缘,尽管高压部分可有效规避外部影响因素,并通过全封闭式防止对高压开关柜的影响,但只有加强对气室与柜外连接位置的检查和维护,才能使其性能始终处于最佳状态。例如,要加强高压开关柜高压电缆室电缆孔洞的封堵,同时要加强对气室压力传感器和充放气接口气密性的检查。此外,还需定期加强对柜体的清扫,避免粉尘和湿气粘附在高压开关柜上,这样能防止柜体金属的腐蚀问题。
②加强对气室压力和微水含量的检查,确保气体压力始终在标准范围内,从而有效排除存在的安全隐患,最大限度防止高压开关柜的绝缘事故。
③确保室内空气干燥度。由于高压开关柜常受湿气影响,会导致表面保护膜腐蚀,并在其表面形成导电物质,致使其绝缘性能下降,因而要确保室内保持较高干燥度。要在室内装设小型空调设备,及时排除室内湿气及潮气,有效控制高压室内温度,避免外部环境对高压开关柜高压室环境的影响,从而保证高压开关柜高压室的有效运行。
参考文献:
[1]郭新宇.高压开关柜绝缘事故的分析及防范措施[J].商品与质量,2016(04):249.