电力开关柜（共9篇）
电力开关柜 篇1
1 引言
改革开放以来,我国社会各项事业都在飞速发展,促进了人们生活水平的上升。同时,随着社会进步与经济发展,国家对电力的需求也越来越大。国家电力部门对电力市场进行规范化调控,技术人员也提高研究力度,加紧研究新型的、高效的电力元件,以期能够促进电力系统的安全、可靠、经济发展。电力开关柜作为电力系统中的重要元件之一,其性能的优化是技术人员研究的重点内容。因此,技术人员将计算机技术、传感技术、数据处理技术等与电力技术有效地融合在一起,提出电力开关柜的智能控制器概念,即是对电力系统的开关进行智能化、自动化调控,在电力系统电压、电流异常情况下保护系统中的电气设备不受损害,这对保证电力系统的可靠性、稳定性、经济性以及改善电力质量都有重要的作用。
2 电力开关柜的智能控制器简述
电力开关柜的智能控制器,是采用智能化技术,如计算机技术、电力电子(通讯)技术、数据处理技术等对电力开关柜的控制器进行改进,从而优化控制器的性能,使其达到自动化、智能化调控的目的,同时提高控制器运行的可靠性、安全性与经济性。
通常,电力开关柜的智能控制器主要是由中心检测处理模块、LED显示模块、保护模块、功能模块等部分组成。它通过对电力系统中电流、电压等信号的监测以及对相关数据信号的处理、传递等,达到系统自动化调控、故障保护等目的。对比传统的电力开关柜控制器,它具有如下优势:(1)由于计算机技术、数字技术等先进技术的应用,电力开关柜的智能控制器内部电路以集成电路为主,并将计量、保护、控制、记录等功能集于一体,并通过数字信号将通讯信息传递,实现功能集成化、数字化;(2)技术人员事先编制好相关调控程序,并通过计算机等相关软件的智能化功能,设置智能化功能单元进行过电流的保护,并与环网中保护模块进行动态配合,以实现对电力系统的智能化调控,从而达到在发生故障时起到应急调控与保护作用的目的;(3)电力开关柜的智能控制器的体积大幅度减小,在保证智能化功能的基础上呈现小型化体积模式,同时,控制器的结构以模块为表现形式,所以其功能(监测、保护、自检等)的发挥更加可靠、安全,促使电力开关柜的智能控制器的形式向着标准化,系统向着网络化、分散化等方向发展,促进电力系统运行经济效益的提升。
3 电力开关柜的智能控制器的设计原理
电力开关柜的智能控制器是电力系统断路器上的保护装置,也是核心的控制装置,所以,技术人员需要全面考虑电力开关柜的智能控制器的智能化调控、保护等功能,对以上两个方面进行优化设计,从而实现电力开关柜的智能控制器的自动监测、智能操作、主动保护等功能。
（1)对电力开关柜的智能控制器自动监测功能的设计,需要利用传感器的灵敏性,对系统的电流、电压等信号参数的变化进行有效感应,并通过设定好的程序,在以上信号参数的变化超出标准范围时候,尤其是对各个环节的特征信号,进行有效的监测与反馈,正确判定自身系统是否在安全性、可靠性状态下运行。图1是自动监测单元结构设计的原理。
（2)对电力开关柜的智能控制器智能操作功能的设计是依托计算机技术、数据处理技术等,主要通过相关软件对信息数据进行接收与处理,从而有目的地选择相关操作过程,促使电力开关柜的智能控制器对自身运行状态进行智能化判断,并作出相应的操作。图2是智能操作单元结构的设计原理。
4 电力开关柜的智能控制器应用现状
随着技术人员对电力开关柜的智能控制器研究的不断深入,其在实践中的应用效果也越来越明显,对电力系统的发展起到重要的促进作用。在此,笔者将针对电力开关柜的智能控制器在电力系统中的应用现状进行探讨。
4.1 电力开关柜的智能控制器自动监测功能的发挥
自动监测是电力开关柜的智能控制器的主要功能,它主要监测电力系统以下几个方面:
（1)电路器作为电力系统的重要元件,一旦其内部构件出现故障,将在不同程度上影响电力系统供电的质量与效率。因此,在短路器上加装电力开关柜的智能控制器,可以对断路器的触头磨损量、磁场结构、流经电流大小、开关次数等进行自动监测,从而通过对以上数据信息的处理与分析,判断断路器的运行状态与使用寿命,为断路器与电力系统安全有效运行提供助力。
（2)除了电压、电流之外,电力系统运行中的重要参数还有电容,电容出现不稳定变化,也将导致断路器的异常运行,影响电力系统的供电质量。因此,运用电力开关柜的智能控制器可以对分闸电容与合闸电容进行有效监测,并实施相应应急操作,以保证断路器电容的有效性。
（3)电力开关柜的智能控制器还能够对自身进行自我监测,即是在控制器某一构件出现异常情况的时候,控制器的智能自检模块将发挥作用,对相应芯片与通信回路进行有效检测,从而找到故障点,为技术人员的检修提供条件。
4.2 电力开关柜的智能控制器智能操作功能的发挥
控制器的职能操作功能主要是通过操作模块与自动监测功能模块相配合来实现的,自动监测中对电力系统中断路电路、合闸电压、电容水平等参数进行监控。在发现异常情况后,将发出警报,控制器的中心检测处理模块将发出对应的操作指令,进行智能化的操作,如,调整断路器的同步关合次数,尽量保证同步性与准确性,降低系统空载概率,保护断路器与电力系统的安全运行,保证电力系统相关设备元件的使用性能,延长使用寿命。
5 电力开关柜的智能控制器的发展方向
在国外,电力开关柜的控制器初步进入智能化阶段是在上个世纪80年代。随着计算机技术、网络通讯技术、电力电子技术、抗干扰技术、传感技术等的发展,电力开关柜的智能控制器也得到空前发展。我国技术人员对电力开关柜的智能控制器的设计与应用研究还处于初级发展阶段,但是相信,在技术人员不断创新研究思想、提高技术水平的基础上,必将促进电力开关柜的智能控制器进一步发展。具体说,未来,我国技术人员将着重在以下领域进行深入研究,以促进电力开关柜的智能控制器性能的优化与充分发挥,进而提高电力系统运行的安全性、可靠性以及经济性。
（1)目前,我国电力开关柜的智能控制器依然采用通用CPU、单片机等元件,这种控制器的成本高,而且电路复杂,不利于控制器性能的优化。因此,为了更好地提高电力开关柜的智能控制器的性能,设计人员应该注重研究开发专用集成电路,并注重控制器抗干扰性能的提高,以使其运行安全性、可靠性、适应性都得到大幅度的提高,从而降低产品成本,提高经济效益。
（2)电力开关柜的智能控制器的主要技术是计算机技术与网络通讯技术,因此,相关网络控制软件的开发也是极其重要的,必须在提高控制器硬件质量的同时,强化网络控制软件的开发力度,以优化人际接口环节。
（3)在电力系统中,除了电力开关柜控制器之外,还有很多其他功能元件,因此,实现电力开关柜控制器的智能化发展,还应该注重对其相关配套元件的研究,以使其能够配合智能化控制器的运转,完善系统,简化操作,提高电力系统的运行效率。
6 结语
总之,电力开关柜的智能控制器在电力系统中发挥着重要的作用,促进电力系统可靠性、安全性、经济性的提高。随着技术人员研究的不断深入以及各项技术融合性的不断加深,电力开关柜的智能控制器必将向着功能更强、系统更完善、操作更简单、应用更灵活等方向发展,为电力系统的进一步发展、电力企业经济效益进一步提高奠定坚实的基础。因此现阶段,技术人员的重要工作之一,是对电力开关柜的智能控制器进行深入研究,尤其是对其设计与应用方法等的创新,更是应该重视,以便优化电力开关柜的智能控制器的性能,促进智能化电器产品的应用与发展。
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电力开关柜 篇2
2江苏省电力公司加强气体绝缘金属封闭开
关设备全过程管理规定编制说明
一、编制过程
2008 年12 月，省公司生技部成立编制工作组，针对近年来气体绝缘金属封闭设备出现的问题，结合基层单位的检修、运行经验，开始编制《规定》的初稿。
2009 年2 月，召开研讨会，邀请基层单位开关专职和部分生产厂家技术人员对初稿进行讨论，明确了《规定》的框架，以及需要进一步完善的相关内容。
2008 年3 月，经过进一步修改，确定了《规定》（征求意见稿）。
2008 年 4 月，将《规定》发送本部相关部门、各基层单位和主要设备生产厂家征求意见，对《规定》再次进行修订，形成《规定》（送审稿）。
2009 年 5月26 日，在南京召开《规定》审查会，邀请国内知名专家和部分厂家技术人员参加，根据审查意见再次进行修改和整理，形成《规定》（报批稿）。
二、主要内容
本《规定》由九个部分组成，各部分主要内容如下：
1.适用范围： 明确了《规定》适用范围。
2.参照标准：列出了本规定制定过程中参照的相关技术标准。
3.规划和设计：对GIS设备在规划和设计时应采取的技术路线和相关要求进行了明确。
4.制造和运输：对GIS制造和运输方面提出了具体要求。
5.监造：贯彻华东电网有限公司对主设备的监造要求。
6.施工和监理：对GIS设备的施工和监理工作要求进行了明确。
7.验收和运行检测：对GIS设备验收内容和运行检测的标准进行了明确。
8.检修：对GIS设备的检修要求进行了明确。
9.备品备件：对GIS的备品备件的管理进行了明确。
10.报废与更新：对GIS设备的报废与更新进行了明确。
三、具体条款释义
3.2 为提高GIS设备的运行可靠性，一般考虑尽量布置在户内。必须布置在户外的，优先考虑H-GIS设备。
从目前的运行经验来看，户内GIS安装、运行条件较好，便于控制安装质量，其发生缺陷的概率也较户外低，检修也较为方便。而H-GIS是介于GIS和AIS之间的具有两者优点的组合式高压电器。它采用了GIS主要设备，但不含母线，其主要特点是将GIS形式的断路器、隔离开关、接地开关、快速接地开关、电流互感器等元件分相组合在金属壳体内，经出线套管通过软导线连接敞开式母线以及敞开式电压互感器、避雷器。与AIS、GIS相比，H-GIS有着如下优点：
1）相对AIS其占地面积较小，相对GIS其对设备基础的要求较低，可在尽量保持地貌的情况下布置设备，降低了对环境的破坏程度。以500kV设备为例，与AIS相比，间隔横向H-GIS为28m，而GIS为23.5m，纵向压缩更多。H-GIS通常采用“2+1”方案，如果采用“3+0”方案，则纵向尺寸更可以缩小19%，进一步减小了占地面积。
2）H-GIS在使用性能方面具有与GIS相近的可靠性和维护的简便性，在经济上则具有更高的技术经济指标。GIS采用封闭式的母线，造价较高。而H-GIS采用裸露的母线，与GIS相比减少了母线的投资。以一串500kV 3/2接线为例，H-GIS与GIS、AIS相比，H-GIS的产品价格比GIS省53%，为AIS的1.5倍。计入地皮费、土方开挖费后，开关站总投资估计比用GIS省45%~50%，比用AIS贵约30%左右，见表1。
3）安装调试方便。H-GIS的一次部分是在工厂的净化车间完成的，二次控制线是通过航空插头连接的，其航空插头是一一对应的，整体设备可在工厂内完成调试。设备在现场不需要净化处理和抽真空等工艺过程，安装只需要简单的整体组装和固定；二次部分不需要重新进行二次电缆的剥线、对线、做电缆头等工作，也不会发生插错的问题；一般来说，110kV和220kV的设备一天即可安装完成。而GIS现场尚属于半成品，需要进行设备的拼接，对环境和拼接工艺要求较高，现场GIS发生的问题很多与拼接时工艺不过关有关。而AIS施工工作量很大，工期较长。
4）维护简便。H-GIS基本属于免维护的设备，断路器和隔离开关的操作机构以及CT、汇控柜都可以进行整体更换，一次设备可分项整体更换。上述元件如果发生损坏问题，一般是退回厂家整体更换，不需要现场处理。GIS虽也属于免维护设备，但一旦发生问题，特别是带母线的GIS，处理影响范围大，往往造成全站陪停，处理工序复杂，用时较长。AIA则需要定期进行维护，特别是暴露在恶劣环境中的隔离开关等部件，经常发生问题。
4）目前省内110kV以上变电所大多需要分期扩建，如采用GIS，则各期扩建过程中不同厂家GIS接口问题一直是制造、设计的难点问题，而采用H-GIS设备不存在此问题，在一串内可使用不同厂家断路器单元。
5）目前市场上500kV的H-GIS有成熟的合资产品供应，220kV-110kV市场上也有成熟的产品，且H-GIS的技术难度不高，只要能设计、制造GIS，就能生产H-GIS。
3.3 从提高设备可靠性和节省投资的角度看，如果远景扩建间隔不多，或者短期内即将新增间隔，GIS站在总体设计时建议一次全部上全；如一次上全投资较大，或者短期内无扩建计划，待扩建部分如处于整套GIS的中间位置，其母线及母线隔离开关、接地开关应一次上全。待扩建部分位于整套GIS两侧的，应预留扩建接口，便于扩建。扩建时，原则上应采用和原有GIS相同厂家的同型号产品。
1）将位于整套GIS中间的待扩建间隔的母线和母线隔离开关上全，可避免扩建时打开运行母线，缩短停电时间和打耐压的次数，减少对运行设备的影响。待扩建间隔设备应包括对应的控制元件及信号回路，控制元件的安装可采用简易装置降低初始造价，待扩建时再接入其在新汇控柜上的正式位置。
2）位于整套GIS两侧的扩建接口，其边间隔的母线应采用隔断盆子，并用带膨胀节的封盖形成终端气室，气室内应充有与母线相同压力的SF6气体，并有相应的密度继电器和监视信号回路。扩建时，因可保留膨胀节，因此运行母线可不用打开，直接连接扩建母线导体与壳体。
3）不同厂家的GIS设备拼接需定制转接口，工艺复杂，设备安全责任不好界定。
3.4 GIS和主变的连接不宜采用油气套管的型式。采用空气套管其分支母线的支架基础应和GIS本体基础一体化，防止不均匀沉降造成设备故障。
1）油气套管属于GIS和主变间的硬连接，但两者不在同一个基础上，安装时调整相对位置主要靠膨胀节，一旦有基础沉降超过膨胀节的调整范围，极易发生连接处故障；
2）油气套管造价要远较瓷套管高，除了包括GIS厂负责提供的从GIS至主变间的封闭分支母线、油气套管的外壳与内部导体，光是主变厂负责的干式绝缘套管的造价就比常规瓷套管高，一般主要应用于钢厂等重污秽场所；
3）油气套管会导致主变和GIS的很多常规试验无法进行，需打开GIS并借助专用试验套管，且总有部分结构是耐压试验无法考验到的；当前对主变近区短路较重视，采用油气套管后主变试验困难。
4）油气套管内部结构复杂，通用性差，需专门设计且只针对特定的主变和GIS，一旦油气套管损坏，加工周期较长，如果主变损坏需更换为备用主变，除油气套管需重新设计制造外，还涉及到主变干式绝缘套管的设计和制造，周期更长，运行风险较大。
5）GIS对不均匀沉降要求较高。
3.53.5.2推荐采用三工位刀闸。
GIS因其结构限制，无法采用机械闭锁，一般采取电气连锁。采用三工位刀闸可从根本上预防误操作。
3.5.3 GIS的母线PT和母线避雷器、电缆进出线的内装线路避雷器、线路PT应设置独立的隔离开关及地刀，以方便试验检修，从节约成本考虑其机构可为手动操作机构；架空进线的线路避雷器和线路PT应考虑采用外装结构。
1）节省造价，外置避雷器和PT的造价比内装的要便宜得多，且可安装在进线的门型构架下，不增加占地面积，从统计结果看外装设备故障率并不高，因此从全寿命周期费用的角度来考虑宜外装。
2）试验、维护方便，考虑到避雷器、PT的特性，一般GIS耐压试验时必须先将避雷器、PT拆下，耐压试验结束后再装上，在进行电压老练。因此将线路避雷器和线路PT外装，用不着频繁拆装和充放气，省工省时，节约SF6气体，避免污染环境。
3）因操作次数不多且只在检修时使用，可为手动机构。
3.6
3.6.1 110kV GIS必须采用三相共箱结构，220kV及以上GIS的断路器气室应是独立功能气室，宜采用三相分箱结构，断路器三相气室间不允许采用管路连通；双母线结构的其不同母线的隔离开关应各自设立独立的气室。
1）断路器的灭弧室用于开断电流，对气体的灭弧性能要求高，而开断电流特别是短路电流时产生的气体分解物可能通过连通管道相互污染，特别是某相发生开断失败时。
2）双母线结构的母线隔离开关如处于一个气室内，一旦其发生故障将造成全站停电。
3.6.2独立气室（含用管路连接的相邻气室）的最大长度设置应充分考虑检修维护的快速性和方便性，每个独立气室内的SF6气体总量应不超过300kg。
主要考虑抽真空方便，同时一旦发生故障，气体处理量减少一点，需清理的部分少一点，提高工作效率，降低对环境的波怀。
3.6.3 厂家在投标时应提供确保GIS安全运行的最低SF6气体功能压力值，该值应小于SF6气体压力报警值。
考虑到运行需要，非断路器气室只有报警信号，一旦发生SF6气体泄漏，现场需判断是否需要立即停电，同时针对轻微气体泄漏一般首选带电补气，提供上述数值对确保安全至关重要。
3.6.4 电缆出线间隔的电缆仓的布置要满足实际需要的大直径电缆的安装要求。
根据电缆安装的规程的要求，1600mm2以上的电缆要求就位安装（一般是电缆筒安装到位后，电缆头插入；就位安装是电缆先安装到位，电缆筒落下去凑电缆）。这种安装方式对GIS来说就要提出以下要求：
1）电缆筒必须在最外侧（如果一次布置采取隔离开关-进线电缆筒－压变避雷器闸刀－压变（避雷器）的方式，安装电缆时压变、避雷器仍要全部拆下）。
2）电缆筒设计时应考虑电缆就位安装条件下安装的方便性（电缆筒直接从上落下安装，水平能有的位移空间很小，应当考虑电缆筒外壳先拼接后装导体连接的可能性）。
3.7 500kV GIS宜考虑预安装在线局部放电检测传感器，方便安装过程中和运行后的局部放电检测。传感器的类型和制造厂家由GIS生产厂家建议供用户确认。
1）局部放电是反映GIS绝缘性能的重要参数之一，它是GIS绝缘劣化的征兆和表现形式。检测GIS局放能发现其内部早期的绝缘缺陷。现阶段常用的监测方法是电测法和非电测法，非电测法主要有超声波法和特高频法。
2）超声波法是通过设置在外壁的压敏传感器收集超声放电信号并对信号进行分析。超声波法的优点是灵敏度高，抗电磁能力强，成本低，适应于现场测试；缺点是仪器操作复杂，需要有经验的人员进行操作，如果需要对故障精确定位时，所需要的传感器过多。
3）特高频法就是利用传感器接受局部放电所激发的电磁波，并对电磁波进行分析的一种方法。另外在特高频范围内（400~3000 MHz）提取局部放电产生的电磁波信号，大大减少了外界干扰信号（干扰信号的频率多在400Mhz以下），可以极大地提高GIS局部放电检测（特别是在线检测）的可靠性和灵敏度。由于特高频信号在GIS衰减较快，且目前很多厂家的绝缘盆子采用了金属边阻断了特高频信号的外泄通道，因此在GIS内部预装特高频探头更有利于局部放电信号的检测，可以测量并精确定位一些微小的局部放电。但内部安装探头造价昂贵，技术现在还不够成熟，特高频探局部放电检测也没有相关标准，对内部存在的疑似局放现象不好明确判断。
4）建议先在价格昂贵的500kVGIS内预装在线局部放电检测探头，一方面控制了建设投资，另一方面也便于运行中监测，积累经验。
3.9
3.9.1联锁回路电源必须独立设置，分/合闸闭锁回路宜分别设置，所有联锁回路必须采用设备的机械硬接点来构成，不得采用中间继电器进行拓展。
1）国网十八项反措中规定不得采用重动继电器。
2）对于弹簧机构的断路器，其储能回路和未储能闭锁回路应采用储能机械硬接点实现。
3）部分厂家提出对于间隔数量超过10个的GIS工程，断路器和隔离接地开关的辅助接点不够用，需用继电器扩充的方式做联锁逻辑
3.11应根据现场要求配置固定式操作巡视平台确保隔离开关和地刀机构箱底面距平台面
1.2m。平台本身金属构件应可靠接地，平台台阶、扶手高度应满足相关标准要求。平台必须采取可靠的防腐措施，并有防积水措施。
除户内小型化产品因布置平台不方便可采用外，应坚持设置固定的操作巡视平台。移动平台需确保平台接地和自身稳定的可靠。
4.24.2.2每个独立气室应设置补气口（兼气体采样口），补气口应带自封接头或压力阀门，外带保护帽。密度继电器和补气口联合布置时，两者与壳体间应配置压力阀门，密度继电器校验时可通过与壳体间的阀门配合，通过补气口进行，避免频繁拆卸密度继电器。若密度继电器和补气口在壳体上分开布置，密度继电器也应经压力阀门或自封接头与壳体相连，便于校验密度继电器。气室间采用联通管路的，管路与壳体上的接口处必须装设压力阀门。
采用自封阀或压力阀门主要为了防止因连接管路或密度继电器的问题造成设备强迫停运,扩大故障的影响面，具体采用哪一种一般取决于产品的设计和厂家的习惯。自封阀的体积小于压力阀门，比较方便安装于壳体上，且不存在频繁开关造成的气体泄漏危险。但自封阀在两侧压力相同时会影响正常气室间的气体流动，因此对于用户跟踪气室内部缺陷和确认故障气室常用的气体成份分析工作不利。
4.44.4.1GIS汇控柜、户外断路器机构箱的防护等级不低于IP44，顶部应设防雨檐，顶盖应采取双层布置等隔热措施；柜体应设置通风口，并采取防雨、防尘和防小动物措施，通风口应分别在高处和低处各设1个，利于内部潮气、热量的散发。户外CT端子箱或刀闸机构箱可不设通风口和加热装置，但必须在电缆进口处采取有效封堵措施。
当柜体内部温度较高时，如突遇天气变化如大雨，箱体较大时内部气压会低于外界，把外部的湿气吸入内部，密封过严如不设通风口则会造成湿气进入后难以散出。
4.5 生产厂家必须按GIS现场实际状态在工厂内完成整间隔预组装及相关出厂试验。
整间隔要按标书要求的内容确定其涵盖范围。监造方面
华东公司对GIS设备监造的要求
7.37.3.5 SF6分解物测试标准暂定为：
非断路器气室：
正常范围：SO2＜1.0ppm，H2S＜0.5ppm
可疑范围：1.0 ppm ≤SO2＜5.0 ppm，0.5 ppm≤H2S＜2.0 ppm
异常范围：SO2≥5.0 ppm，H2S≥2.0 ppm
断路器气室：
可参照上述非断路器气室标准，但要结合其运行时间以及历史上开断故障电流的情况进行综合分析。
根据相关文献（高电压技术2009年第4期《广东省220kV及以上GIS SF6分解产物分析》，2009年全国输变电设备状态检修技术交流研讨会论文集《开断电弧能量对SF6电气设备中气体分解物影响的试验研究》）和厂家建议，在目前对SF6气体分解物的检测手段中，SO2和H2S可现场测定，CF4、CO2、SOF2、SO2F2和S2OF10需要进行现场采样，实验室分析，检测实时性不强且气样容易受到污染，因此，现阶段主要将 SO2和H2S作为特征气体分解物，如怀疑存在绝缘件故障，可尝试对CF4进行检测，其正常范围为＜100ppm，可疑范围为100 ppm ≤CF4＜200 ppm，异常范围为≥200 ppm。
7.3.6省电试院负责按规定对各供电公司的SF6检测设备进行定期校验。
对于牵涉到SF6气体的检测仪器，省电试院应发挥气体监督管理中心的作用，配齐相关设备，获得相关资质，从检测设备采购到使用中的定期校验，建立起明确的管理制度，实现有效管理。
8.1 根据省公司设备状态检修的有关规定，对GIS设备的A/B/C/D类检修，参照相关检修工艺导则执行，检修前必须编制完备的现场作业指导书。
电力开关柜 篇3
关键词：有载分接开关；常见故障；运行维护
中图分类号：TM403.4 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）11-0083-02
电压是电能质量的重要保证，而有载调压变压器是保证电网电压质量的重要设备，有载分接开关又是有载调压变压器的重要装置。有载分接开关在运行中受工艺质量、运行等方面的影响，运行中存在燃弧、环流，开关储油桶漏油，切换开关困难的现象，给变压器正常运行增加了事故几率，严重影响系统设备的安全运行。所以，电力变压器分载开关的运行维护及检修水平是电力变压器正常运行的重要保证。
1 原理结构
有载分接开关是一种可以调压的电气装置，它能在励磁状态下变换分接位置，实现从一个分接头切换到另一个分接头，改变有效匝数，从而影响变压器的电压比，实现调压，如图1所示。而通常采用的电阻限流有载分接开关电路可以分为过渡电路、调压电路、选择电路三个组成部分，在切换分接头的动作中要有良好的断弧性能，任何一部分出现问题都会影响变压器运行。[1]
2 有载分接开关因维护不当出现的问题及预防
2.1 切换开关故障及预防
如果变压器调压频繁，负荷电流较大，变压器的接触头之间易造成机械磨损，电腐蚀，和触头污染。弹簧的弹性会因电流的热效应变弱，动、静触头的接触压力下降，接触电阻阻力增强，导致该处的发热量增大。而发热又会加剧触头表面的氧化腐蚀和机械变形，导致接触电阻不断增大，热效应不断增强，动、静触头逐渐溶化、脱落的恶性循环，有载分接开关损坏。
如果经检查发现是电流过大，弹簧弹性变弱等造成开关损坏，要立即切断开关，将开关切换到完好档位运行，并立即退出故障设备更换使用新的备用变压器，调换时应按照变压器铭牌图解进行，检查分接头螺丝松动情况。
2.2 过渡电阻常见故障及运行维护
过渡电阻在运行中起着至关重要的作用。作用一：在切换开关的一瞬间保证负载电流的连续性，对负载电流起着“桥联”的作用。作用二：在“桥联”运行中阻碍分接线段的循环电流，控制触头的开断容量，预防分接线段的极间短路。
如果在过渡电阻异常状态下带负载切换，不但会切断负载电流，而且在过渡电阻切口和动、静电阻的开断口处出现全部相电压。该电压会在动、静触头进行开断动作时产生极强电弧，还会穿透电阻的断口，使得两个分接头在切换时短路。两个分接线段各自就会产生很大的短路电流，迫使分接线段烧毁。由电压产生的极强电弧会使开关室中的油分解，产生气体，如果這时候安全保护装置不能发挥作用立即将气体排出，就会导致开关坏损，过渡电阻影响整个变压器。在平时的运行中应注意：
①电阻在运行一段时间后要进行检查，都要认真检查过渡电阻材质是否腐蚀、风化，紧固性是否良好等情况，出现故障及时维护。利用测流仪器检查电阻的额定电流，电压波动情况。维修前后对比其波动明显即为电阻工作正常，如图2所示。
②严格检测变压器过渡电阻在两倍以上额定电流下切换，控制电流大小，防止电阻烧坏。
③在机器运行前应检测快速机构主弹簧器的安全程度，用扳手较紧螺丝，预防螺丝松动，在平时工作中应意机器的维护修理，及时清理，更换破损零件，焊接修理部分零件，及时预防机器突然坏掉卡死烧坏过渡电阻。[2]
2.3 分接开关储油桶漏油
变压器和有载分接开关的油系统分别独立运行，互不干扰。但是有载分接开关在调压过程中，当切换开关时，动、静触头间会放电，有载分接开关桶中的油会出现溶解现象。如果密封效果不好，油就会渗透到变压器油箱，损坏变压器器的绝缘效果。究其原因，主要有两点原因：预防措施主要有两点：
①在日常工作中应紧固油箱底部的放油阀门，以防止油箱中的油渗透到变压器中，损坏变压器的绝缘效果。
②有载分接开关绝缘桶常会遭受意外损坏，应在绝缘桶外侧包裹一层保护套，另外密封胶垫在选材时应选择工艺优良，材质理想，尺寸合适的油箱密封胶垫。随时用色谱分析检查油桶内的油位是否有升高降低的异常情况，以预测油桶是否漏油，防止油渗透到变压器，损坏变压器绝缘效果。
2.4 有载分接开关的油维护
有载分接开关在运行中，频繁出现的电弧会使微量的绝缘油分解，分解产生游离碳，油垢等固态杂质和氢、乙炔、甲烷等气体。气体会直接从绝缘油中挥发溢出，但固体杂质只能沉积在绝缘件表面。另外还有一部分触头融化后遗留的金属微粒，和固体杂质共同沉积在绝缘体表面。当达到一定程度，这些固体杂质会增加电流的泄漏，减少电阻的绝缘程度，油会沿着绝缘件表面放电，致使开关损坏。
通过以上的分析可知，油质量的好坏影响着开关操作，继而影响油的绝缘程度。因此。我们应加强有载分接开关的油维护，定时的更换污油，对绝缘件表面做清理工作，以预防油开关的绝缘水平下降，对开关造成损坏。带电滤油装置图，如图3所示。可以有效的过滤体杂质，保护开关的正常运行。[3]
2.5 限位装置故障
如果限位装置失灵的话，就会烧坏有载分接开关和变压器。有载分接开关有许多无用的接头，厂家有时将其设计成空挡，不干涉正常运行。如果限位装置故障，选择开关就会跑到空档分接头上，这时候带电分接头电压上升为相电压向空档分接头放电，就会烧坏有载分接开关和变压器。应定期安排技术工作人员检查维护限位装置，检测空挡接头的电流电压度数，发现异常电流就要提高警惕，进行检修。[3]
3 结 语
除以上故障外，有载分接开关切换时间过长，过短或是不切换，气体继电器在运行中频繁发出信号等故障都可能发生。从源头上解决问题是首要的，有关单位在日常工作中一定要加强员工的专业技能和素质培训，确保员工掌握各种开关的运行方法以及注意事项，全面提升业务处理水平。根据变压器的运行时间和运行次数及时安排进行检修维护工作，保证有载分接开关安全可靠的运行。
参考文献：
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[2] 成健，邱云岗.电力变压器有载分接开关运行维护及检修[J].山西电力，2012，（2）.
电力开关柜 篇4
1 试验项目简述
为考查热缩、绝缘件的性能, 安排的试验有:工频耐受电压试验、局部放电量测量、雷电冲击试验、玻璃化温度测试、高低温循环试验、弯曲试验、湿热电老化试验。为了试验准确特定制了模拟开关柜的装配架, 将绝缘件安装于装配架上, 交流耐压试验、雷电冲击试验, 局部放电量测量等项目在试验室进行;玻璃化温度测试、高低温循环试验、弯曲试验、湿热电老化试验等项目委托西安高压电器研究院进行。
2 综合以上各类试验, 我们得出如下结论
2.1 影响开关柜热缩、绝缘件电气性能的主要原因
2.1.1 因制造工艺造成的空气间隙等产生局部放电老化 (即电场老化)
热缩、绝缘件上存在孔隙时, 在强电场下孔隙处产生局部放电, 由此引起热缩、绝缘件老化。这是一般的放电和材料相互作用、侵蚀引起热缩、绝缘件损坏现象。我们调查了此时发生局部放电的特点, 例如孔隙的种类、形状、大小和局部放电开始、降低电压和放电的特点, 例如孔隙的种类、形状、大小和局部放电开始、降低电压和放电电荷之间的关系及局部放电脉冲波形的关系等。开关柜热缩、绝缘件中有球状气泡和开关柜热缩、绝缘件相连的电极剥离时, 放电脉冲波形是不同的。关于这种放电脉冲波形或放电电荷发生的频率, 有各种各样的发生原因, 差别相当大。由上所述, 为了避免内部缺陷, 辨别制造上的不良, 具有一定程度的可能性。
2.1.2 开关柜热缩、绝缘件表面上粘有金属粉尘及金属脱落物时会出现加速老化迹象
开关柜由于被密封, 认为绝缘件老化的主要因素是在壳体内部发生, 存在导电性异物 (金属异物) 粘附在热缩、绝缘件表面而发生电晕老化。开关柜热缩、绝缘件上粘附金属异物后, 发生破坏时间之间关系的结果。放电电荷越大, 破坏时间越短。另外, 表面的形状效果非常显著, 破坏时间也变得非常长, 由此可知, 老化、破坏对沿面老化是敏感的, 但在特定场所的侵蚀老化影响程度不大。
2.2 有关10KV开关柜热缩、绝缘件机械强度降低的各种因素
2.2.1 因热老化
开关柜热缩、绝缘件因热老化和一般的高分子有机材料有相同的情况, 和周围环境中的氧进行化学反应, 分子结构被破坏, 产生氧化分解和由于热能, 分子结构直接被破坏而产生热分解的化学反应。
2.2.2 疲劳
开关柜热缩、绝缘件受到交变应力时, 因交变效应, 材料产生疲劳老化。交变应力有因短时间的电磁力产生的冲击疲劳老化和因通电时的热循环等产生的低频率疲劳老化。冲击疲劳:开关柜热缩、绝缘件的冲击抗拉疲劳老化的事例。当评价实际寿命时, 必须充分地掌握与实体有关的载荷的种类 (抗拉、压缩、弯曲) 、外加方式、平均载荷、交变次数等。
2.3 蠕变
材料受到一定载荷影响时, 材料的变形随着时间增加而增加的现象叫做蠕变。开关柜热缩、绝缘件的变形于时间的关系特性。蠕变破坏特性。蠕变破坏强度随着时间的增加而减小;还明白了随着温度的上升而降低。在该蠕变特性方面特别重要的是使用温度、应力范围的长时间的蠕变动态, 这种推断和热老化的化学反应速度理论相同, logt和1/T为直线关系。因此, 假如在高温时用加速老化试验求出寿命—温度曲线的话, 可能推测低温时的寿命。对平时外加应力的选择必须考虑实际设备的最高使用温度和使用年限, 有必要从充分安全的角度出发来决定。
3 热循环
绝缘材料受到因设备运行、停运等引起的温度升降的循环。金属和开关柜热缩、绝缘件的接触, 保持充分的解密连接。关于这方面可以用热循环试验前后的局部放电试验等方法来确认。综合分析以上7个试验项目的数据, 西安晨光电器开关厂开关柜中使用的常州富英品牌绝缘件, 上海天正机电 (集团) 有限公司开关柜中使用的福建山亚开关有限公司生产的绝缘件均为DMC不饱和树脂材料生产, 其玻璃化转化温度较低或无法测量, 湿热电老化试验中局放起始电压偏低, 如该类型绝缘件在生产中长期使用, 更容易老化导致绝缘性能下降, 从而引发开关柜事故。西安中瓷电力设备有限公司开关柜中使用华安电器品牌绝缘件, 秦川电站仪表厂开关柜中使用浙江七一电器品牌绝缘件全部通过以上七项试验, 尤其在湿热电老化试验前后局放起始电压与局放量未有明显变化, 绝缘性能良好。建议在省内使用开关柜中禁止采用DMC不饱和树脂材料生产的绝缘件。
本次绝缘件抽检试验, 对各厂家使用绝缘件性能进行了充分全面的测试。根据上述试验结果, 对绝缘件的常规试验项目如工频耐受电压试验、雷电冲击试验等不能很好地区分其质量的好坏, 而通过玻璃化温度测试、高低温循环试验、弯曲试验、湿热电老化试验项目, 对绝缘件性能的优劣能够很好地检测和区分。建议在省内建立绝缘老化试验室, 今后加强对绝缘件类产品的抽检力度, 规范绝缘件的使用。
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基于电力载波的远程开关设计 篇5
在生产实践中,经常需要同时控制多个距离相对较远的开关,现有的一些总线技术虽然能实现远程开关的集中控制,但都需要铺设专用的网络线缆,这就增加了系统实现的难度。如果研究者采用电力载波通讯技术,就不再需要铺设专用网络线缆了。电力线载波通信是以电网的电力线作为数据的物理信道,把数据耦合到电力线上传输到目的地的一种通讯方式,它不仅把电力线作为电源传输线,又把它作为信号通道,无需外加额外的信号线。
本研究将电力载波通讯技术应用于远程开关系统中,以STM32作为控制器并以ST7540作为调制解调器,设计远程开关控制系统,既可实现远程开关的集中控制,又不需要铺设专用的网络线缆。
1 系统结构
整个系统由一个主站和若干个从站组成。主站连接上位机,实现信息的更新和接收上位机的命令。从站连接开关,查询开关的状态和控制开关。主站和从站之间通过电网连接。系统整体结构如图1所示。
该系统中有一个主站和若干从站,主站控制器和从站控制器采用Cortex-m3内核的STM32F103系列处理器,STM32F103系列是专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的处理器。调制解调器选用ST7540,ST7540是国外电力载波芯片厂商中为数不多的能适应我国复杂电网环境以及满足我国电力载波频率段要求的调制解调器,其具有价格低,外围电路简单的特点,还可以选择波特率以及载波频率段[1,2,3,4]。
2 控制器与其外围电路的设计
控制器的设计需要根据该系统使用到的STM32F103RBT6中的功能来确定。控制器需要完成与ST7540的通讯功能,ST7540可以通过USART(异步模式)和SPI(同步模式)与控制器进行通讯,该设计采用了SPI(同步模式)的方法,所以需要用到控制器中SPI的功能。控制器需要对从站状态的信息数据进行存储,所以需要一片ROM作为存储器,STM32F103RBT6内部集成有128 KB的FLASH存储空间,除了程序占用的空间外,剩余的存储空间可供用户使用,就无需再外加EEPROM了[5,6]。主站还需要完成与PC机的通讯,故需要一个接口芯片,该设计采用了MAX3232。
主站控制器部分的电路图如图2所示。
STM32RBT6总共64个引脚,该设计中使用到了24个引脚,所以图2中隐藏了40个没用到的引脚。MAX3232总共16个引脚,该设计只用到12个,故隐藏了其余4个引脚。L和N代表零线和火线,主站的供电是220 V交流电通过ACDA开关电源后提供12 V直流电源,12 V直流电源直接供给ST7540。而STM32的工作电源为3.3 V,如果笔者直接使用LDO芯片AMS1117-3.3,会因为压差太大而造成发热太大,使得系统不稳定,所以本研究先采用LM7805将12 V电压转成5 V,再经过AMS1117-3.3为STM32供电。主站中两个主要功能单元分别是与ST7540的接口和与PC机的接口。BOOT为可选模式,当本研究把BOOTO接为高电平时,可以通过串口为主站更新程序。从站控制器与主站控制器类似,只是少了与PC机的通讯接口,多了信号输出的端口连接开关或者开关前的光耦。
3 调制解调器及其滤波电路的设计
ST7540是为数不多的能适应国内电网环境的国外厂商的芯片,ST7540采用BCD5混合信号技术的功率处理功能,利用了原有的ST7538内核,将一个新的单端功率放大器嵌入在这个集成的模拟前端内,能够推动500 mArms的连续输出电流和高于3.5 Vrms的输出电压,ST7540还集成两个3.3 V和5 V的线性稳压器,以供给外部控制器的电源。其接口透明,使用简单可靠,仅需要少量的外围元件就可实现一个控制功能。ST7540的波特率可选,研究者可以根据使用环境来调节波特率,且具有报文检测功能。对ST7540的使用,关键是设计合适频率的滤波器,该设计使用72 kHz的频率作为载波频率,需要设计72 k Hz的带通滤波器。
调制解调器部分的设计电路图如图3所示。
220 V的交流电经过开关电源后输出12 V最大电流为800 m A的直流电,一般来说ST7540部分最大电流在100 m A左右,所以在200 mA以上基本能满足设计要求,考虑到STM32RBT6的消耗,开关电源选择了800 mA,保证主站电流供给。D3为工作指示灯,ST7540内部集成有3.3 V和5 V的线性稳压电源,能提供外部设备使用,VDC是5 V的线性电源输出,在该设计中用来指示ST7540的工作状态。ST7540内部有电压控制回路和电流控制回路,Vsense提供电压回路的参考电压来调节输出电压,起到抑制噪声的作用。电流环限制PA_OUT上输出的最大电流,通过R1来设定。该设计中的滤波器包含有3个部分,其中第1部分由两个低通滤波器组成,第1个是由R8和C7组成的前置一阶低通滤波器,其输出特性为:
式中:τ—代表RC,即该设计中的R8和C7。
一阶RC低通滤波器的截止频率为:
式(2)为一阶RC低通滤波器截止频率计算公式,代入R8和C7的值,得:f=104 kHz,也就是说它的截止频率为104 k Hz,对72 kHz有良好的通过性并且能有效滤除高频噪声。信号发送经过一阶RC低通滤波器后送入后面的二阶低通滤波器,ST7540内部集成有PA放大器,本研究利用这个内部集成的运算放大器可以设计一个高性能的二阶sallen-key滤波器。其外围器件取值如图4所示。
本研究假设PA为理想滤波器,经计算,图4的传递函数为:
式(3)为二阶sallen-key滤波器的传递函数,其中,K为放大倍数,且:
本研究将如图4所示的所有电阻和电容的值代入计算公式,用Matlab计算的结果如图5所示。
图5的Matlab的计算结果说明其在72 kHz时增益为9.35 dB,所以该设计中二阶sallen-key能满足72 kHz频率的要求。
L1和C5组成一个串联谐振电路,该设计采用72 kHz,根据LC串联谐振公式:
取L1和C5的值为47μH和100 nF。
R10,C10和L3组成一组并联谐振电路,C10和L3的并联阻抗Z等效于:
所以,加载在L3上的电压Ul与输入电压Ui之间的关系函数为:
式(7)中,用s代替jω:
式(8)为LC并联电路的传递函数。
LC并联电路的中心频率为:
为了提高LC并联电路的Q值,本研究必须取R10的值尽量小而L或C的值尽量大。这里取R10为20Ω,L变大对Q的影响超过C,所以取L的值比C大,取L为220μH,算出C为22 nF。品质系数Q的值为:
式(10)为品质系数Q的计算公式,代入数值计算得:Q=5。所以这样的取值能满足设计要求。
4 软件设计
主站程序流程图如图6所示。
如图6所示,从站的地址信息和配置信息储存于主站的Flash内,主站初始化后读取Flash数据到SRAM中。主站根据SRAM中的内容对所有从站进行轮询,每个轮询周期是对所有从站进行一次数据交换[7,8,9,10]。在更新从站信息时如果从站无应答发回给主站,那么就认定该从站不在电网上。上位机可随时写数据到主站。主站在一次轮询完后处理主站发来的数据,本研究根据这些数据对指定的从站进行开关状态更新。
从站程序流程图如图7所示。
本研究在从站上电后先读取Flash内的数据,其中包括起始开关状态和从站自身地址,设置初始时开关的状态,然后等待中断,当主站发送的地址与从站地址一致时从站会产生中断,然后与主站进行数据交换,并根据主站发来的数据信息更新自己的开关状态。
5 实验总结
本研究首先根据ST7540的性能指标评估该系统的通讯速度,如选用2 400 bps作为工作速率,则每个位发送的时间约为417μs,一个字节的发送时间为8×417=3 336μs。主站与从站间交换一次数据时需要给从站发送3个字节以及接收从站3个字节,其中第1个字节为地址段,第2个字节为数据段,第3个字节为校验段,6个字节的通讯时间约为20 ms。所以当只有一个从站的时候,主站控制刷新远程开关所需的时间为20 ms。以一套较大型系统(100个从站)为例,主站在完成对从站的数据交换后到下一次数据交换所需的最长时间为2 s。通过对5个从站的小系统的实验,主站轮询完5个从站所需的时间为100 ms,与估算的一致。
实验结果表明,该设计系统的通讯速度比较快,能满足大多数多实时性要求不高的应用。
6 结束语
利用意法电子的STM32系列处理器和ST7540电力载波调制解调器,本研究设计了基于电力载波的远程开关控制系统。该设计的最大优点是以现有的供电线作为网络通信物理通道,无需架设专用的网络通道,便于在工程中实现,但是电力载波的速度比较慢,该设计只能用在一些对开关实时性要求不高的场合。随着技术的发展,今后电力载波的速度也会随之提高,能适应更多的应用。
摘要：为解决网络总线技术在控制远程开关时必须架设专用物理网络通道的问题,在分析了电力载波通讯技术特点的基础上,将电力载波技术应用到了远程开关的集中控制中。利用电力载波技术无需架设专用网线的特点,设计了基于电力载波的远程开关控制系统,解决了其他总线技术必须要架设网线的问题;以STM32系列处理器作为系统主站和从站的处理器,根据所用到的功能设计了处理器部分的电路,以ST7540作为调制解调器,根据所选定的工作频率设计了专用滤波器,对通讯周期所需的时间进行了估算。研究结果表明,采用电力载波通讯技术的远程开关控制系统能满足大部分对实时性要求不高的应用要求。
关键词：电力载波通讯,远程开关,数据传输,ST7540
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电力开关柜 篇6
随着我国经济发展和电力工业需求的增长,对高压开关性能要求也越来越高,它能否正常工作直接关系电力系统的安全与稳定。断路器起着控制和保护电力系统的双重作用,能在有载、无载及各种短路工况下完成规定的合分或操作循环任务,特别是在高压强电流的条件下开断电路并不是件容易的事,开断过程产生的电弧不熄灭,电路就不能被开断[1,2]。
在开断电路时,无论有无电弧发生,在接触面部分,皆可使材料表面的温度升至很高,发生蒸发,这与材料本身的性质及所用的灭弧方法有关。在断路时材料常因电弧或其它放电作用由一触头转移到另一触头,使触头上出现凹凸不平的现象。由于材料的转移会延伸到全部触头,可使原来的电弧间隙被桥接;在交流电中,两触头均有损害,可因机构作用的限制,以致不能闭合;转移的作用过甚时,容易使触头被焊合,以致不能断开[3,4,5]。电弧故障在成套开关设备中引起的事故占50%。当然,电弧也有其有利的一面,如,人们可利用电弧进行焊接、喷涂、产生超声、切割、熔炼等工业化生产。本文就电力开关中电弧产生的机理和预防措施进行了阐述。
2 电弧的产生
电弧是一种能量集中、温度高、亮度大的气体放电现象,是一种电离的气体,质量极轻,发出耀眼的光芒,在外力作用下迅速移动、卷缩和伸长。在操作电力开关分断电路的过程中,当开关的触头即将分离时由于触头的接触面突然减小使得触头接触处的电阻猛增,同时电路上被消耗的电能将产生上千度的高温,使触头产生热电子发射,这与人们在电子管中观察到的热电子发射情况类似,只不过这时触头表面的温度比电子管内灯丝的温度要高得多,发射的热电子强度也大得多。同时在开关触头分离的瞬间,电路加在触头上的电压将在触头间极小的间隙内形成很强的电场,它将在高温作用下触头发射的热电子迅速加速,这些高速运动的热电子碰撞其周围的气体分子而产生自由电子和正离子,被电离出来的自由电子在高温和强电场的作用下继续加速,又碰撞其附近的其它气体分子,如此继续,形成连锁反应,使开关触头间的气体在极短的时间发生雪崩似的电离,接通电路,发出耀眼的亮光,这就是人们看到的电弧。电弧产生以后,触头间隙周围的温度随之升高到4 000℃以上,大量的金属蒸气和气体原子在高温下继续电离为自由电子和正离子,以维持电弧的稳定和电路的导通。
电子学理论认为[6,7,8],在电弧的形成过程中,高温和电场不仅使气体分子、原子和炽热的金属蒸气发生电离,同时还使已电离的自由电子和正离子重新复合成中性原子、分子。电弧形成过程示意图见图1。
电弧形成机制包括两种[6,7,8,9,10],场致电子发射和热电子发射。
场致电子发射机理:当材料表面外加很强的电场时,势垒的高度显著降低,同时势垒的宽度变窄,这时电子不需要额外获得能量就会由于隧道效应而有一定穿越势垒的几率,产生场致电子发射。有文献表明[8,9,10],Fowler和Nordheim于1928年计算了这种场致发射的电流密度与外加电场的关系,得出在时发射的电流密度为
式中,E为电场强度;Υ为材料的逸出功,v(y)和t(y)可通过查表得到。
热电子发射需将阴极加热到约2 500 K以上,这时便在热作用下发射电子。电子经施加在两极间的电场加速,向阳极运动。由于热电子发射需要的温度高,故只有少数几种难熔金属(如W、Zr、Hf等)才可能产生热电子发射。热电子发射符合Richardson_Dushman方程[10]:
式中,js为电流密度;A为常数;K为Boltzmann常数;T为电极温度;Υ是逸出功。式(2)表明热电子发射与发射体温度、电子逸出功有密切关系。
比较式(1)、(2)可知,对弧触头,无论是场致电子发射还是热电子发射,其发射电流都直接依赖于触头材料的逸出功。提高材料的逸出功可显著降低动静弧触头间的电子发射能力。同时,在热电子发射工作状态下,提高逸出功可使电极在较高的温度下达到所需要的电流,能有效改善弧触头材料的抗烧蚀能力。
3 电弧的熄灭
根据电弧的性质和特点,电弧熄灭的方法有增加电弧的长度、磁场吹弧使电弧在空气中迅速运动、靠电弧本身的能量或外界的能量使气流(如SF6或压缩空气)或液流(如油)纵向或横向吹磁、将电弧引入狭缝中或电弧在管道中与介质密切接触、在真空中熄弧、将长弧分成一系列短弧[11,12,13,14,15]等。
3.1 利用结构改变熄弧
利用隔板将开关设备分隔为多个空间以减少电弧的产生。图2是带有灭弧栅的大电流低压开关。不同形式的栅片对电场分布影响很大,其最大电场强度也有很大差别。图2的结构a中,栅片长度相同且平行放置,在动触头和栅片之间等位线最密集,这一区域的电场强度最大,并且这种结构的电场分布最不均匀。结构b和结构c中,将栅片改为不同长度,可明显改善等位线的密集程度,使电场分布变得均匀。这两种结构的最大电场强度值相差不大,位置略有变化,在动触头和最接近的栅片间电场强度最大。结构d中,栅片改为竖直放置,最大场强点移到了触头之间。由于栅片竖直放置,触头灭弧区域电场分布最均匀,在恢复电压电场作用下,电弧重燃率最低,燃弧时间最短。
自能式灭弧就是最大限度地利用电弧自身的能量,使灭弧室建立起气吹熄弧所需的压力,因而不需要操作机构提供很大的压缩功,这必将大大提高断路器的机械可靠性。为提高断路器开断大电流与小电流的性能,提高断口电压,人们提出了热膨胀与磁旋弧相互结合的灭弧方式,其原理是开断电流时,电弧在膨胀室内燃烧,部分电弧能量加热周围气体,从而使膨胀室内气压增大,当动触头运动到喷口打开时,气流流到膨胀室外面,对电弧形成强烈的气吹,并在电流过零时将电弧熄灭。这种自能式断路器的熄弧方法先进,操作功小,整体体积小,因而受到用户和研发者的重视。
3.2 利用介质熄弧
早期人们通过电弧与气体的相互间运动使电弧受到冷却而熄灭。目前采用的灭弧介质有:
空气灭弧:用压缩空气将开关触头间的电弧拉大和冷却,以增大带电质点的浓度,减小带电质点间的自由行程,使电离减弱。
SF6灭弧:SF6是无色、无味、无毒和不可燃的卤素化合物气体,具有特别强的灭弧能力。用其灭弧,不仅依靠气流的压力梯度所形成的等熵冷却作用,更是利用了SF6气体的特异的热化学性(SF6的分解温度比空气的低,而需要的分解能却比空气的高,因此它分解时吸收的能量多,对弧柱的冷却作用强)和强负电性(SF6和由它分解产生的卤族分子和原子强烈地吸附电弧中的电子,形成负离子,而负离子的质量又比电子大得多,在电场作用下负离子的移动速度比电子小得多,因此在电场中运动时很容易与正离子复合形成中性分子)。不过需要注意的是SF6气体是被列为受限制的温室气体。
油灭弧:油在电弧的高温作用下很快蒸发和分解,在电弧周围形成气泡,气泡中弧柱的温度高,气泡外层的温度低温度和压力差的作用将高温的油气卷向气泡外层冷却,外层温度较低的油气被卷入弧柱中心,强烈的扰动加剧了对弧柱的冷却作用。电弧在气泡内燃烧,产生的蒸汽在油箱作用下维持较高的压力,而高压力使电弧中游离质点的自由行程减小,使得电弧容易熄灭。
真空灭弧:真空有着比一般气体和油介质高得多的绝缘强度,当真空度为10-2～10-4Pa时,其击穿电场强度超过100 kV/mm,虽然真空电弧同样是由阳极区、阴极区和等离子区三部分组成,但它是由触头电极本身蒸发的金属蒸气来维持,而真空电弧柱的带电质点密度和温度都要比周围介质的密度和温度高得多,这将形成强烈的对流,导致炽热带电质点飞速向四周扩散,使得电弧难以维持。
3.3 改善触头材料来熄弧
目前人们比较公认的是,触头的烧蚀是由于触头表面能量集中释放而引起金属熔化和汽化过程的结果。在间隙被击穿后,触头被从触头空间放出的能量加热,即表面的热源起着主要作用。金属受热而熔化,熔化的金属不需要很大的作用力就会从触头表面喷射出来。
电弧输入到触头表面的能量多少及其计算方法是否合理决定了温度场计算的准确性。虽然弧柱存在能量损失,但可近似认为电弧近极区的能量全部输入到触头表面[14,15]。图3是位于开距中心的电状热源示意图(图中,R为电极半径,r0为开距中心到电极表面的距离)。
如图3所示,将弧柱等效为能量向四周辐射的点状热源Ps(t)。Ps(t)位于开距中心,其功率等于弧柱功率,电弧近极区的能量全部从弧根输入到电极表面,于是电极表面的功率密度q为:
式中,q1为近极区能量输入到电极表面的功率密度,q1=0.5J(Ua+Uc);q2为点热源输入到电极表面的功率密度;J为弧根电流密度;Ua、Uc为阳极和阴极电压降。
式中,Ps(t)为弧柱功率,可用于电弧电流和电压波形的计算。
触头材料在电弧作用下会发生相变(从固相到液相甚至汽化),故电弧作用下触头表面的热传播属于移动边界问题。在整个区域(包括液相、固相及两相界面)建立一个统一的能量方程。用有限元可得到温度分布方程为:
式中,a=λ/ρ;Tm为电极材料的熔点(℃);ρ为触头材料的密度(g/cm3);λ为熔化潜热(J/kg);k为导热系数(W/m℃);t为比热容(J/kg℃);r为电极表面宽度方向任意一点离端面中心的距离;z为电极表面深度方向任意一点离端面的距离;q为单位面积内电弧传给电极材料的热流量(即电弧功率密度)。
触头在分合电路时如满足起弧条件便会产生电弧放电现象。在电弧和触头相互作用时,电弧向触头输入能量,使触头受热熔化,形成熔池。熔池中的液态金属便会在电弧机械力的作用下以小液滴的形式喷溅出去,从而造成触头材料损耗乃至失效。假设触头在电弧作用下形成了一个确定的熔池,如图4所示,则触头材料的烧蚀量为:
式中,Ψ为熔池体积;f(h,r,T)为熔池尺寸、形状和温度的函数;h为单元体离熔池表面的距离;r为单元体离轴心的距离。图4中,R为单元体所在熔池的宽度;H为单元体所在熔池的深度。
可见,材料达到熔点的时间快慢决定了触头材料的抗侵蚀能力,同时也说明其烧蚀量的大小不但与材料的比热、密度、熔点、导热系数等材料性质有关,还与电极材料的尺寸、电路参数等因数有关。触头材料的主要性质应满足硬度韧性抗磨损性及抗变形性好;电导系数高,在高温时也要具有好的导电能力;接触电阻低,无不导电或高电阻系数的表面膜;熔点高,耐热性好,在高温中不易腐蚀氧化;无转移及蒸发现象,抗电弧性好;热传导性能好,膨胀系数低;为了增加触头的短暂电流容量,应比热高,热容量大。理想的触头材料应具有:(1)高电导率、热导率、熔点、沸点和电子逸出功;(2)适当高的密度、硬度及弹性;(3)尽量小的蒸气压力、表面膜隧道电阻率及化学活性(高抗蚀能力)。为此,将不互溶的二元或多元的高导电材料与高熔点材料经一定的工艺制成复合材料才能满足上述要求。因为当触头开断电路产生电弧时,熔化了的高导电(低熔点)材料借毛细管作用保持在高熔点金属构成的骨架中,大大限制了熔化金属的飞溅。而触头处于闭合状态时,高导电材料发挥了其电阻低的强通流特性[16,17,18]。研究表明,触头的作用是不断地发射电子、维持电弧的稳定燃烧和熄灭电弧。为此,一方面可利用高熔点、高强度、高导电性的触头材料来熄灭电弧,利用触头本身的烧蚀来抵抗电弧瞬间产生的能量,另一方面可从材料的逸出功考虑。逸出功是材料的最本质物性,它取决于材料的成分和组织结构。解决电极材料所存在问题的关键是设法降低材料的逸出功,选择逸出功高的材料来制作触头,可抑制开关分断时触头间的电子发射,从而使电弧降到最小。
4 结束语
我国电力工业发展迅猛,但能源和负荷的地理分布极不均衡,目前,500 kV电网在传输距离、传输容量和限制短路电流方面均不能满足需求,因此开展愈来愈高电压的输电技术研究以满足愈来愈长距离输送大容量电能不断增长的要求,在我国能源紧张、耕地面积减少的情况下显得极为重要,这也对电力开关乃至触头的质量和可靠性提出了更高的要求。由于触头材料的物理性质、表面状态的不均匀或材料微观组织的不均匀是影响弧触头性能的最根本因素,因此有必要对触头材料的性能进行更深入细致的研究。
摘要：电弧作为气体放电的一种形式,在工业中既有有利的一面,也有危害的一面。本文就高压开关触头间电弧的产生机制及电弧熄灭的方式进行了总结与分析,以使人们对电弧的危害有更加清楚的认识,为今后预防电力开关电弧故障提供参考。
电力开关柜 篇7
在电力系统中, 电力互感器作为一次主要元件在开关柜中应用极其广泛。所以互感器的使用及维护显得尤为重要。它是一种特殊的变压器:电压互感器是一个带铁心的变压器, 主要由一、二次线圈、铁心和绝缘组成。当在一次绕组上施加一个电压U1时, 在铁心中就产生一个磁通φ, 根据电磁感应定律, 则在二次绕组中就产生一个二次电压U2。改变一次或二次绕组的匝数, 可以产生不同的一次电压与二次电压的比, 这就可组成不同比的电压互感器。它将高电压按比例转换成低电压, 即100V, 电压互感器一次侧接一次系统, 二次侧接测量仪表、继电保护等, 主要是电磁式的 (电容式电压互感器应用广泛) , 另有非电磁式的, 如电子式、光电式。
2 互感器的作用
高压互感器 (instrument transformer) 是按比例变换电压或电流的设备。其功能主要是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压 (100V) 或标准小电流 (5A或10A, 均指额定值) , 以便实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化、小型化。同时高压互感器还可用来隔开高电压系统, 以保证人身和设备的安全。按比例变换电压或电流的设备。
3 互感器误差测量
用1.5V～3V干电池将其正极接于互感器的一次线圈L1, L2接负极, 互感器的二次侧K1接毫安表正极, 负极接K2, 接好线后将K合上毫安表指针正偏, 拉开后毫安表指针负偏, 说明互感器接在电池正极上的端头与接在毫安表正端的端头为同极性。K1为同极性即互感器为减极性。如指针摆动与上述相反为加极性。
4 电流互感器交流法
只对比差起到补偿作用, 补偿量与二次负荷和电流大小无关。补偿匝数一般只有几匝, 匝数补偿应计算电流低端二次阻抗最大时, 和电流高端二次阻抗最小时误差。对于高精度的微型电流互感器匝数补偿那怕只补偿1匝, 就会补偿过量。这时可以采用半匝或分数匝补偿。但是电流互感器的匝数是以通过铁芯窗口的封闭回路计算的, 电流互感器的匝数是一匝一匝计算的, 不存在半匝的情况。采用半匝或分数匝补偿必须采用辅助手段如:双绕组、双铁芯等。辅助铁芯补偿对比差、角差都起到补偿作用, 但辅助铁芯补偿的方法制作工艺比较复杂。
5 电压互感器的选择与使用
(1) 选择。
(1) 根据被测电压的高低选择电压互感器的额定变压比, 即应该使是所用的电压互感器的一次线圈的额定电压大于被测电压。 (2) 与电压互感器配套的测量仪表一般选100V的交流电压表。通常板式电压表是按所选用的电压互感器的一次线圈额定电压刻度的, 而在该刻表上标明了所需配用的电压互感器规格, 因此按此规格选用电压互感器即可。
(2) 互感器的正确使用。
(1) 电压互感器的一次线圈与被测电压的电路并联, 而二次线圈与测量仪表相连接, 并使极性正确。 (2) 电压互感器的一、二次线圈都应接熔断器, 以防止发生断裂故障。电压互感器的二次线圈不准短路, 否则电压互感器将因过热而烧毁。除了装设熔断器外, 有时还安装保护电阻, 用以减小短路电流。 (3) 电压互感器的二次线圈, 铁心和外壳都必须可靠接地, 这样即使在线圈绝缘损坏, 二次线圈对电压也不会升高, 以保住人身和设备安全。
6 互感器在运行时的注意事项
(1) 电流互感器: (1) 在工作时其二次侧不得开路, 这是因为电流互感器在工作时二次负荷小, 因此接近于短路状态, 依据磁动势平衡的原理二次绕组侧会感应高电压危险及人身和设备的安全。 (2) 二次侧必须有一端接地, 这是为了防止其一二次绕组绝缘击穿时, 一次侧的高电压窜入二次侧则会危及人身和设备的安全。 (3) 电流互感器不允许长期过载运行, 如长期过载运行会造成铁芯严重发热, 致使绝缘老化缩短寿命。
(2) 电压互感器: (1) 电压互感器的原绕组是并联在一次电路中, 与电力变压器一样二次侧不能短路, 否则会产生很大的短路电流, 烧毁电压互感器。 (2) 电压互感器在连接时也要注意其端子的极性, 按规定单相电压互感器的一次绕组端子标A, X, 二次绕组端子标以ax, A与a, X与x分别为同名端。
(3) 使用问答。
1) 当有几种表计接于同一组电流互感器时, 其接线顺序如何?
答:其接线顺序是:指示仪表、电度仪表、记录仪表和发送仪表。
2) 使用电流互感器应注意的要点有哪些?
答: (1) 电流互感器的配置应满足测量表计、自动装置的要求。 (2) 要合理选择变比。 (3) 极性应连接正确。 (4) 运行中的电流互感器二次线圈不许开路。 (5) 电流互感器二次应可靠接地。 (6) 二次短路时严禁用保险丝代替短路线或短路片。 (7) 二次线不得缠绕。
3) 电流互感器的轮校周期和检修项目是什么?
答;计量用和作标准用的仪器和有特殊要求的电流互感器校验周期为每两年一次, 一般仪用互感器核验周期为每四年一次。仪用互感器的检验项目为:校验一、二次线圈极性;测定比差和角差;测量绝缘电阻、介质损失以及而压试验。
4) 怎样根据电流互感器二次阻抗正确选择二次接线的截面积?
答:可根据下式计算进行选择:
式中S为连接导线的截面积;
Lm为连接导线的计算长度m, 单机接线Lm=2L, 星形接线Lm=L, 不完全星形接线
ρ为导线电阻率Ωmm2/m;
Z为对应于电流互感器准确等级的二次负荷额定阻抗, 可从铭牌查出;rq为为仪表电流线圈的总阻抗Ω;rj为为继电器电流线圈的总阻抗Ω;rc为连接二次线的接触电明一般取0.05Ω
7 结语
总之电力互感器, 在高压开关柜中是一个极其重要的一次元件, 电力配电室的运行人员应在大修或交接时, 按电力标准参考上述方法去选择使用和在运行过程中检修和维护它。
参考文献
[1]刘介才.工厂供电[M].北京:机械工业出版社, 1998.
电力开关柜 篇8
1 电力行业节能减排分类
一般而言, 节能减排分为直接的节能减排和间接的节能减排, 其中直接的节能减排是指减少能源利用量, 提高能源利用效率, 降低生产产品的单位能耗, 积极采用先进的生产工艺、技术、装备会产生较好的节能减排效果;而间接节能减排, 指通过优化工艺流程、调整生产结构、减少生产的中间环节、提高寿命和产品性能等措施来达到节能减排的效果, 间接节能的实现途径比较广泛。具体应重视以下几方面: (1) 发电领域。采用高效、节能的发电机设备, 采用洁净煤以及先进的监测和控制等工艺, 还包括余温余热发电设备、机组空冷设备、先进的锅炉等。 (2) 在输配电领域。采用高效、节能的高压封闭式组合电器、电网无功补偿设备、非晶合金变压器、复合式组合电器、智能综合保护装置系统等。 (3) 电力调度及客户端管理领域。采用先进的电力市场运营管理系统, 科学进行节能管理调度, 并对最终用户进行节约用电的宣传和鼓励等。
2 电力行业节能减排发展过程
据相关资料反映, 近年来, 我国线路损耗率约为7.7%, 高于美国的6%和日本的3.9%。非晶合金配电变压器产品其空载损耗仅为普通变压器产品的1/4左右, 具备空载损耗以及负载损耗低的明显特点。故非晶合金配电变压器符合节能要求, 值得提倡使用。为此各省市电力公司推广非晶合金配电变压器。其次是封闭式组合电器 (GIS) 高压开关成套设备具有占地面积小、维护工作量小、可靠性及安全性强等特点, 是首选的高压开关装置。应用电力电子技术进行节能在我国目前和将来有十分重要的意义, 静止无功补偿装置是用以晶闸管为基本控制元件的固态开关, 用电力电子技术来替代传统的电气开关, 可以快速、频繁地投切电容器和电抗器来改变输配电系统的阻抗参数, 具有显著改善电能质量和节能的效果。
高压开关设备作为对电能的生产、输送、分配、使用起控制、保护作用的电力设备, 其生产过程以及运行中的节能减排是电力设备节能减排的有效组成部分。近年来高压开关产品的研发一直遵循着高可靠、高性能、小型化、集成化、智能化和免维护的原则, 以高技术含量的核心器件和新技术、新工艺、新材料为主线进行发展, 并呈现出一些新的特点。比如复合式开关设备产品备受青睐, 由于其同时具有完全敞开式和完全封闭式开关设备的优点, 因此近年来电力企业为方便电站扩建广泛采用复合式组合电器。继国产550、750、1 100 k V高压复合式组合电器已形成商业化生产能力并取得多个销售业绩之后, 252、550、800、1 100 k V等各电压等级的复合式组合电器的市场前景被业界看好。这是因为复合式组合电器结合了传统的敞开式开关设备以及全封闭开关设备两者的长处, 既具有占地少、可靠性高、维护工作少等全封闭开关设备具有的优点, 又有传统的敞开式开关设备便于增容扩建的优点。具体说来, 对于电厂电站而言复合式开关设备的优势在于: (1) 完全解决了户外隔离开关和接地开关运行可靠性问题。同时由于各功能模块的组合和内置, 大大减少了对地绝缘和主持套管的数量 (仅为常规敞开式开关设备的40%左右) 。这也大大减少了绝缘套管因环境污染造成对地闪络的概率, 有助于提高设备运行的可靠性, 减少了设备的维护工作量。 (2) 由于功能模块的组合, 缩短了设备间接线距离, 减小了设备的布置尺寸, 这正好达到了小型化以及紧凑型的效果。相对于传统的空气绝缘也就是全敞开式开关设备, 大大缩小了高压开关设备纵向布置尺寸, 占地面积仅为常规敞开式开关设备50%左右。 (3) 由于制造厂广泛采用模块化生产、组装和运输, 现场施工安装更为简单、方便、快捷;同时减少了变电站所用的支架从而节省了钢材用量。又由于复合式开关设备安装基础小、工程量少、混凝土用量少, 因此相对传统变电站而言, 安装基础建设的工作量和费用开支大大降低。 (4) 由于复合式开关设备部件的模块化, 生产制造以及现场安装调试非常灵活, 特别适用于老旧变电站的升级改造。复合式开关设备正是适应欧洲20世纪50年代和60年代老旧变电站的改造要求而兴起, 显著地减少了老旧变电站升级改造的施工难度和投资规模, 同时也提高了可靠性。
由此可见, 高压复合式开关设备这些优点正好符合电力工业节能减排的要求。从目前开关设备市场份额看, 国内开关生产企业在800 k V及1 100 k V开关设备市场占据主导地位 (这得益于国家有关部门提倡的国产化) ;550 k V组合电器、断路器、隔离开关等开关设备国外品牌略占上风;而252 k V和126 k V组合电器、断路器、隔离开关等开关设备则完全由国内企业占主导。由此可见, 国内开关设备制造企业必将进一步占领各电压等级市场, 成为电力设备主导供应商, 这正好为我国电力工业中开关设备节能减排工作创造了有利条件。
开关设备的小型化一直是各制造厂商和电力用户追求的目标, 这是因为小型化符合间接以及直接节能减排的原则。小型化产品不仅能减少使用者占地面积, 而且还可以节约能耗和材料, 因此, 小型化产品是电力用户比较推荐的产品, 如126、252 k V组合电器产品采用三相共箱 (隔离接地开关室以及母线室等气室) 的结构、小型化的三工位隔离开关和接地开关以及模块化生产和安装, 使得其市场份额正在变大。用户对大容量、配用大功率的纯弹簧以及液压弹簧操动机构的产品需求较大。随着用电负荷的增大, 大容量产品的需求与日俱增。近年来, 多个开关生产企业对原有的定型产品采取增容措施, 对新产品采取了大容量设计理念。当前, 252 k V开关设备产品额定电流5 500 A、额定短路开断电流63 k A, 550 k V产品额定短路开断电流63 k A已经成为趋势。而且, 结构精巧、性能可靠的液压弹簧机构 (不足是该类操动机构依赖进口, 成本高) 成为市场的高端主流需求。与此同时, 如何保证开关设备制造的可靠性和稳定性, 也是各生产企业密切关注的问题, 这是因为可靠性是开关设备的首要要求, 可靠性上不去, 节能减排工作也就无从谈起。
环保和节能减排密切相关, 环保水平的提高是节能减排工作的重要组成部分。随着环保生活被大家共同提倡参与, 采用环保绝缘介质是高压开关设备技术新的发展方向。目前中压充气柜 (CGIS) 有充氮气或者混合气体的, 高压六氟化硫 (SF6) 开关设备的充气压力尽量小些, 以此来减少六氟化硫这一温室气体的使用和排放, 这也就减少了六氟化硫气体生产过程中耗能, 降低了生产制造开关设备带来的对环境的影响。
3 电力行业节能减排的措施
对于开关设备的节能减排尤其直接节能, 主要从下面四个方面考虑。
1) 母排、导线的选择:首先是母排、导线的电阻率越小越好, 减少电能损耗亦可提高设备使用寿命和安全可靠性。对于大电流回路, 导电排应尽量采用弧型表面, 或采用空心管状结构, 增大载流量的同时又减少了材料的消耗。
2) 壳体材料的选择:尽量减少通电时产生的涡流损耗。以中压开关柜为例, 对大电流回路穿墙固定板采用割槽后嵌铜条或直接采用不锈钢板等非导磁材料的隔板, 都可以有效地防止过热。
3) 开关设备结构的选择、优化与改进:以结构简单可靠、减少接触电阻、降低温升为目标。如高压组合电器应全面向三相共箱的结构、小型化的三工位隔离/接地开关以及模块化生产和安装方向发展;中低压开关柜的结构应可靠实用, 多选用固定柜以及空气绝缘的方案, 应该努力提高装配工艺和质量;对于中低压断路器, 应尽量少用绝缘固封结构的灭弧室, 操动机构应该简单、省电。
电力开关柜 篇9
关键词：分接开关,故障分析,检测,调试
电力变压器作为变电站的心脏设备, 在供电系统中起着核心的作用。它的施工质量优劣, 将直接影响到供电系统的安全可靠运行, 在安装调试过程中应特别加以重视。据有关资料统计, 电力变压器中因调压分接开关的故障导致电力变压器损坏的约占25%左右。下文探讨电力变压器分接开关运行中易发生的异常情况和故障, 并提出处理的方法及其检测与调试。
1 电力变压器的调压装置检查应遵守的规定
无载调压切换装置各分接点与线圈的连接应紧固正确;各分接头应清洁, 且接触紧密, 引力良好;所有接触到的部分, 用规格为0.OSmm x l Omm塞尺检查, 应塞不进去;转动接点应正确地停留在各个位置上, 且与指示器所指位置一致;切换装置的拉杆、分接头凸轮、小轴、销子等应完整无损;转动盘应动作灵活、密封良好。
有载调压切换装置的选择开关、范围开关应接触良好, 分接引线应连接正确、牢固, 切换开关部分密封良好。必要时抽出切换开关芯子进行检查。
有载调压切换开关的安装。通常主要部件在制造厂已与变压器装配在一起, 安装时只需进行检查和动作试验。如果需要进行安装应按制造厂说明书进行, 并应符合下列要求:
传动机构: (包括操动机构、电动机、传动齿轮和杠杆) 应固定牢靠, 连接位置正确, 且操作灵活, 无卡阻现象;传动机构的摩擦部分应涂以适合当地气候条件的润滑脂。
切换开关的触头及铜编织线应完整无损, 且接触良好;其限流电阻应完整, 无断裂现象。
切换装置的工作顺序应符合产品出厂要求;切换装置在极限位置时, 其机械联锁与极限开关的电气联锁动作应正确。
位置指示器应动作正常, 指示正确。
切换开关油箱内应清洁, 油箱应做密封试验且密封良好;注人油箱中的绝缘油, 其绝缘强度应符合产品的技术要求。
2 运行故障分析处理
变压器调压分接开关运行故障分析处理见表1。
3 检测步骤
3.1 分接开关的检测步骤如下
外观检查→测量绝缘电阻→绝缘油取样化验→测变压器油温→测量直流电阻 (1) →变压器放电→测量直流电阻 (2) →变压器放电→测量直流电阻 (3) → (1) (2) (3) 值验算校核→工频耐压试验→填写纪录
测量绝缘通常采用兆欧表实测;绝缘油需取样化验试验;测量分接开关的直流电阻, 一般变压器可用惠斯顿电桥测量, 容量大的变压器, 可用双臂电桥测量。
测量直流电阻时, 应将连接导线截面选大些, 导线接触必须良好。测量完毕应先停检流计, 再停电池开关, 以防烧坏电桥。倒换测试线时, 必须先将变压器线圈放电, 以防人身触电。
3.2 电阻值计算
由于测得的电阻值与油温有很大关系, 所以测试时要记录上层油温, 并进行换算 (通常换算为20℃的数值) :R20= (T+20/T+ta) ×Ra
式中:R20——换算为20℃时的电阻值;ta———测量时变压器上层油温;Ra-温度为ta时测得的电阻值;T——系数 (铜——235, 铝——228) 。测量后, 三相电阻值相差不得超过2%, 计算公式为:
式中:RD最大电阻值;Rc—最小电阻值
测量结果还应参考历次测试数据进行校核。因此, 测量后的所有技术参数应认真校核, 填写记录存档。
3.3 有载分接开关的主要性能指标
有载分接开关除按上述检测步骤外, 还应参照生产厂供的使用说明书和随机技术资料, 对控制装置、传动机构、机械联锁、位置指示器等进行检查实测, 并作模拟假动作试验。
有载分接开关在检测中应满足的主要技术性能指标如下:
触头的接触压力整定在1士10%kg范围内;触头的接触电阻不大于500μΩ;开关各部位工频耐压试验, 1min绝缘不击穿, 闪络或局部发热等绝缘强度明显下降的现象;开关导电部分对变压器油的升温不超过20℃;开关的负荷切换能力至少有2×104次;开关的机械寿命至少有20×104次;开关配专用的试验盖后, 经0.6MPa, 24h后, 压力不低于0.4MPa的密封试验, 无渗漏现象。
4 检修调试
4.1 无载分接开关的检修调试
检修分接开关的内部, 必须进行变压器吊芯, 而调压切换装置吊出检修调整时暴露在空气中的时间应符合下表规定。
吊芯前应将油箱中的油放出一部分。利用起重机械慢慢地将变压器端盖吊起一定高度, 再用方木或其他物品支撑在箱体上。
检查触头与引线, 触柱与绝缘胶木是否有松动, 动、静触头压力是否足够, 压力应均匀、过小压力的应更换弹簧。对非运动档, 可以反复转动分接开关, 然后观察是否有摩擦痕迹。
检查分接开关的动静触头有无发热、变色、变形、放电灼损痕迹, 触点碳化, 油垢积聚等现象。如经过修整仍不能达到质量标准的, 必须换新的。
更换新的分接开关后, 应认真检查分接开关所接的引线位置是否正确、锁定位螺栓是否到位。再拧紧法兰和3个密封螺丝, 模拟动作各档位5次以上, 以消除动、静触头上的氧化膜, 触点的指示位置与实际位置是否一致。再按检测步骤进行, 实测各项技术数据并与安装更换前的技术资料比较。
分接开关向外渗油, 若是耐油胶垫老化所致, 应将其更换;若是法兰盘不紧或转动处向外渗油, 视情况进行处理。分接开关绝缘部分受潮后, 必须取下烘干处理, 干燥时间48h, 温度100℃士5℃后进行耐压试验。
高压引线有断裂或烧熔时, 应检查相间及线间的绝缘距离和对地距离, 并根据情况加强绝缘和距离调整, 对引线进行修复整理。将所有缺陷处理完毕后, 用双臂电桥测量无载分接开关各个位置的接触电阻, 它们应小于500μΩ。用2500V兆欧表测量触点之间的绝缘电阻值, 6~IOk V分接开关大于100kΩ, 35k V分接开关应大于200MΩ。
分接开关在组装和调试完毕后, 再用双臂电桥依次测量各档位置的直流电阻值, (也可用变压器变比误差测试仪测试) , 并做好纪录, 注意一定要将运行档的直流电阻值放在最后测量。测试合格后, 不要再切换分接开关位置。
4.2 有载分接开关的检修调试
有载开关的安装前应进行干燥处理, 时间为48h, 温度为100℃士5℃。干燥处理最好在真空下进行, 干燥时应将电容器拆去, 干燥后应做工频耐压试验。运行中应定期检查变压器油质, 要求油质耐压维持在30k V以上。
要求开关切换操作5000次, 或油的耐压值低于25k V, 闪点低于125℃时需要换新油。换油的方法是, 在出油阀口塞紧一根长度大于5OOmm的塑料管或橡皮管, 利用虹吸原理, 把开关体内的变压器油全部吸出, 然后注放新的变压器油。在不能停换油的情况下, 可打开开关顶盖, 在吸出的同时慢慢地注人新的变压器油, 进行交换, 使油平面始终不变, 即可完成换油工作。
开关切换操作2×104次后, 应进行检修。检修时, 要用油洗净开关各部分。检修内容主要有:
检查开关的转动是否灵活, 开关各紧固零件是否松动, 如有松动, 应予紧固。
检查动静触头烧损和磨损的情况, 如仅仅是烧毛可以予以修光, 使接触电阻在允许范围内即可。如动静触头单边烧损超过3mm, 则应予以调换。
检查蜗轮减速机构是否灵活、蜗轮磨损是否严重而影响传动。
检查动触头支架上电阻丝盘上电阻是否有过热而烧损现象, 测量其直流电阻, 与出厂数据比较, 是否正常。
检查拔槽件和槽轮的圆弧面有无“打毛”现象, 如有应予以修光。拔槽件之间的间隙应保持0.2mm。
检查主弹簧和触头弹簧是否良好。有载分接开关的调压控制器及其他附件的检修应根据不同的种类和不同的生产厂家产品说明、维护使用说明书进行检修调试。
结束语
随着电力系统的发展, 电力网络的规模也日益扩大, 电力设备的可能故障会引发巨大的经济损失和不良的社会影响, 这就给供电质量提出了更高的要求和前所未有的挑战。而变压器有载分接开关故障在这些故障中更是占了很大的一部分比例, 所以对变压器故障监测可以保证电力系统的质量, 同时对电力设备与系统的安全、可靠、经济与稳定运行提供了可靠的保障。因此, 必须加强对分接开关的选型、运输、安装、调试、验收、运行维护、检修的全过程管理, 从而促进生产。
参考文献
[1]周小雄, 任士焱, 张智杰.变压器的故障分析系统.仪器仪表学报, 2002-12-30.
[2]张帆, 刘志宁.变压器出现铁心两点接地故障原因分析.电力学报, 2003-09-30.