10kV中置式开关柜

10kV中置式开关柜（精选4篇）

10kV中置式开关柜 篇1

摘要：10kV中置式电动底盘小车开关由于具有安全性高、维护量小、操作效率高及可提高供电可靠性等优点, 在电力系统中得到了越来越广泛的推广及应用。同时随着数字化及智能化变电站的不断建设, 程序化操作模式将代替原有传统操作模式, 中置式电动底盘小车开关能满足上述新技术的发展需求。鉴于此, 对中置式电动底盘小车开关的应用进行分析。

关键词：中置柜,电动底盘,小车开关,应用

0 引言

10kV中置式开关柜因占地面积小、维护量少、运行可靠等优点在电力系统中得到广泛应用。随着用电客户对电能质量的要求越来越高, 供电企业在不断提高用户的供电可靠性, 对直接供电给用户的10kV开关的操作性能及运行性能的要求也就越来越高。

常规10kV开关的主要操作方式有:停电时通过远方遥控断开断路器后再由操作人员到开关柜现场将小车开关摇出到试验位置;送电时先由操作人员到现场将小车开关摇入工作位置, 再通过遥控方式将断路器合上。

采用电动底盘的中置式小车开关, 可以大大提高操作效率, 快速实现复电, 同时在操作小车开关时操作人员不用到现场进行摇入或摇出, 可防止在操作过程中设备故障时伤害到操作人员, 大大提高操作人员的安全性。正因为10kV中置式电动底盘的小车具有这么多优越性, 其在电力系统中得到了越来越广泛的应用。

1 10kV中置式电动底盘小车开关的原理和优点

10kV中置式电动底盘断路器是由操作人员根据操作前填写的操作票, 在控制室通过监控后台进行断路器、开关小车的遥控操作, 从而实现设备的停电或送电。

1.1 10kV中置式电动底盘小车开关的原理

10kV中置式电动底盘小车开关的操作主要是通过增加电机和驱动机构来实现的, 电动底盘实物图如图1所示。

1.2 10kV中置式电动底盘小车开关的优点

(1) 操作安全系数高。在操作时, 操作人员无需站在开关柜前, 就算在操作过程中设备发生故障爆炸, 也不会伤到操作人员, 确保了操作人员的人身安全, 有效杜绝了现场操作人员在操作过程中因设备故障遭受人身伤害风险。

(2) 操作效率提高, 操作时间减少。采用电动底盘的中置式小车开关, 在操作时操作人员只需在控制室就能实现对10kV小车开关的摇入或遥出, 而无需往返高压室和控制室 (由于一般变电站的高压室与控制室存在一定的距离, 操作时若往返其间将浪费较多的时间) , 大大提高了操作的工作效率, 同时也减轻了操作人员的工作量。

(3) 有效杜绝了误操作事故的发生。由于10kV中置式电动底盘断路器是通过控制室的监控后台来实现远方遥控操作, 无需操作人员到设备现场, 这就有效杜绝了操作人员误入带电间隔或误操作的可能性。另外, 监控后台有完善的五防逻辑, 通过监控后台的遥控操作, 可保证操作的正确性。

2 10kV中置式电动底盘断路器应用现状

10kV中置式电动底盘断路器由于具有运行可靠性高、操作效率高、运行维护量小等突出优点, 已在广东电网公司多个供电局新投产的变电站中得到广泛应用。从使用单位的运行情况来看, 10kV中置式电动底盘断路器运行稳定, 遥控操作正确率高。正因为如此, 2013年珠海供电局在横琴新区新投产的220kV环澳变电站中20kV中置断路器也采用了电动底盘小车开关, 投产至今运行良好, 遥控操作正确率达到了100%。

3 10kV中置式开关柜电动底盘的技术改造

由于10kV中置式电动底盘断路器具有众多优点, 且目前制造技术成熟稳定, 也逐步在早期投产的变电站中得到越来越多的应用, 但早期投产变电站要使用电动底盘的10kV断路器, 就必须对原来的开关柜的机构进行更换或改造。

3.1 电动底盘技术改造方案

为使常规10kV中置式断路器小车实现电动操作, 就必须对现运行的小车开关进行技术改造, 即需对现有的10kV中置式断路器进行增加电动底盘的改造, 同时增加相应的电气联锁功能。

10kV中置式电动底盘小车开关的电动操作传动系统原理如图2所示。原有的常规中置式小车开关进出的传动件只有普通螺丝滑杆, 通过手动摇动来实现小车开关进出。改造后的传动系统添加了电机、减速箱、链条传动、齿轮传动等。上述传动设计较好地利用了原手动底盘车的剩余空间, 在高度方向的尺寸不高于原底盘车尺寸, 因此不会影响断路器的安装和连接。为了解决手动与电动的机械干涉问题, 拆除了原手动底盘车的机构。

3.2 电动底盘电机保护回路的设计

电动底盘在操作过程中可能会存在电机烧坏的问题, 为防止驱动电机烧坏, 电动底盘的电机应考虑如下保护方式:

(1) 通过电动底盘电机的电流应符合电机的额定值, 超过额定值时应自动切断, 从而起到保护电机的功能。

(2) 电动底盘小车开关动作到位后 (即小车开关到达工作位置或试验位置) 电机电源回路应能自动切断, 从而防止小车开关因过位而损坏开关柜, 也能有效防止电机因过流而损坏。

4 中置式电动底盘小车开关的安全性问题

(1) 防误闭锁:金属铠装中置式开关柜类似于GIS或HGIS等高压设备, 其本身具备完善的机械、电气闭锁功能, 能有效防止误操作事故的发生。

(2) 安全操作:由于中置式电动底盘小车开关可实现遥控电动操作, 改变了原有常规模式即操作人员直接接触被操作设备的方式, 在操作过程中设备发生故障特别是发生爆炸事故时, 能有效防止人身伤害事故的发生。

5 中置式电动底盘小车开关的应用前景

(1) 中置式电动底盘小车开关不用操作人员到现场就可进行遥控操作, 减少了到现场操作的时间, 大大提高了操作效率及工作效率, 同时也大大提高了供电可靠性。

(2) 中置式电动底盘小车开关不用操作人员直接与设备面对面, 杜绝了误操作或操作过程中因设备发生爆炸而引发的人身伤害。

(3) 随着智能化或数字化变电站的不断建设、程序化操作的推广应用, 中置式电动底盘小车开关能满足上述新技术的应用要求, 将不断得到应用及推广。

6 结论

(1) 中置式电动底盘小车开关由于技术可靠、性能优越, 在运行过程中可大大提高操作效率及工作效率, 将越来越适用于不断发展的电力系统。

(2) 采用电动底盘小车开关, 能实现真正意义上的数字化变电站及程序化操作。

(3) 电动底盘小车开关可有效杜绝人身事故的发生, 在倡导“以人为本”安全生产模式的今天, 只要是能有效确保人身安全的设备, 必将得到推广应用。

参考文献

[1]李召家.我国开关设备的发展概况和发展趋势[J].广东电力, 2003 (1) .

[2]黄绍平, 金国彬, 李玲.成套开关设备实用技术[J].北京:机械工业出版社, 2008.

[3]曾晓松, 王刚, 谭琼.开关柜电动底盘车的改造[J].机床与液压, 2006 (5) .

10kV中置式开关柜 篇2

关键词：机械程序锁,中置式开关柜,防误操作

0 引言

电力系统中的电气误操作是威胁电力设备安全运行的频发性故障,它可能导致大面积停电、电力设备损坏、系统振荡瓦解,甚至发生人员伤亡事故。为了实现电力设备的安全可靠运行,电力部门强制推行高压开关设备必须安装防误操作装置,以达到“五防”要求,即:防止误分、误合断路器,防止带负荷分、合隔离开关,防止误入带电间隔,防止带电挂接地线,防止带接地线合闸[1]。

10 kV中置式开关柜是电力系统中非常重要的电气设备,它的安全可靠运行至关重要。在操作开关上设置机械程序锁,是防止误操作等事故发生的有效而可行的手段。

1“五防”闭锁系统

“五防”闭锁系统是我国电力系统电厂、变电站、输配电过程中防止发生倒闸误操作的一种控制系统。早在20世纪80年代,当时的水电部在SD 318—1989《高压开关柜闭锁装置技术条件》中就提出了电气设备“五防”的要求,并以法规形式行文规定了电气防误的管理、运行、设计和使用。虽然在新标准GB 3906—2006和DL/T 404—2007中不再提“五防”这个词,但是在GB 3906—2006的第5.11条联锁装置中则以更详细的条款来要求达到安全性的目的[2]。

“五防”装置一般分为电气防误和机械防误。电气防误是建立在二次操作回路上的一种防误功能,一般通过开关和刀闸的辅助接点联锁来实现。而机械防误是建立在一次操作回路上的一种防误功能,一般通过开关和刀闸的主接点联锁来实现。按规定,防误装置的设计应遵循的原则是:凡有可能引起误操作的高压电气设备,均应装设机械防误装置和相应的防误电气闭锁回路[3]。

2 机械程序锁在中置式开关柜联锁中的应用

KYN28A-12中置式开关柜作为3.6～12 kV三相交流50 Hz的户内成套设备,由于其具有体积小、结构紧凑、防误等级高、安装维护方便、安全可靠等优点,在电力系统中得到广泛应用。中置柜的前后门及手车的进出等联锁方式都是通过接地开关的操作联锁机构来满足相应的联锁功能,但对不带接地开关功能的方案及柜与柜之间的“五防”,只有在柜体中间加中隔板,将前门隔开,在后门加装电磁锁,在有电的情况下,强制闭锁,后门不能打开;在手车底盘车上装闭锁电磁铁,限制手车的移动。由于电磁锁单独使用时,只有解锁的功能,没有反闭锁的功能,需要和电气联锁电路配合使用才能有正反向闭锁功能。在GB 3906—2006的第5.11条联锁装置中提到:在设计的时候,应该要优先考虑机械联锁[4]。机械联锁在可靠性、操作性方面的优势明显,特别是在“非正规操作”的情况下有充分的预防或阻止能力。

机械程序锁(或称程序锁)是用钥匙随操作程序传递置换而达到先后开锁操作的要求,其最大的优点是钥匙传递不受距离的限制,具有较灵活的闭锁方式。KYN28A-12中置式开关柜中,手车从工作位置移至试验位置就相当于隔离开关的分闸操作,用程序锁来限制手车的移动,配合程序门锁的运用,来防止手车的误动,带电间隔的打开,从而达到联锁的要求。

下面以一个典型的方案,来详细说明程序锁是如何实现KYN28A-12中置式开关柜五防联锁功能的,如图1所示。

出线柜带接地开关,可以用接地联锁装置来实现开关柜的各项联锁功能,但在所用变柜、电压互感器PT柜、进线柜、母联柜、隔离柜、计量柜没有接地开关的方案中,手车移动没有机械联锁约束,后门可以任意打开。高压回路有电时,为防止误入带电间隔,是不允许开后门操作的;隔离手车在母联断路器没有分闸时也不允许在工作、试验位置移动,以防止误带负荷退、接隔离手车;正常运行时要防止计量PT手车退出后,电度表不计费,发生盗电行为;还有两进线柜与母联柜三合二等问题,在加装机械程序锁后基本上都能满足联锁的要求,其机械程序锁安装示意图如图2所示。

在图2中,1表示直拔锁锁舌,2表示柜体侧板,3表示安装附件,4表示钥匙,5表示直拔锁锁体,6表示手车框架,7表示网门锁锁扣板,8表示网门锁锁舌,9表示网门锁锁体,10表示柜体。

2.1 防止带电开后门

在所用变柜中,变压器检修时,只有在熔断器手车退至试验位置时,柜后间隔没有电时才能开后门。送电时,只有后门关上熔断器手车才能从试验位置移至工作位置移。防止熔断器手车没有退出运行,柜后间隔有电时,就开后门操作,误入带电间隔[1],操作过程如图3所示。

此时在熔断器手车上装一把直拔锁,熔断器手车在工作位置时,对应的柜侧面封板上无锁舌孔,直拔锁锁舌不能伸出,钥匙不能取出。只有在熔断器手车退至试验位置时,旋转钥匙,直拔锁锁舌伸进柜侧面封板上锁舌孔中,锁住熔断器手车,取出钥匙插入柜体后门网门锁锁具上,旋转钥匙后开门,此时钥匙保留在锁具上,打开后门进行检修。此时门不关,钥匙取不出来,也就不能操作熔断器手车。送电操作时,关上后门,旋转钥匙锁上后门,取出钥匙插入熔断器手车的锁具中,旋转钥匙,锁舌从柜侧面封板孔中缩进锁具中,手车解锁,熔断器手车摇至工作位置,变压器投入运行[5,6]。

2.2 联络断路器手车与联络隔离手车的互锁

在隔离柜中,隔离手车是不允许随意进出的。在联络柜中,断路器手车没有分闸时,此时带电误移动隔离手车产生的严重弧光会危及操作人员的人身安全,严重时甚至引起隔离手车爆炸,对人身造成更大的危害。联络柜与隔离柜中,只有在联络柜断路器手车分闸之后才能移动隔离手车,因此在断路器手车与隔离手车上各装一把直拔锁,而且是同编号,共用一把钥匙,操作过程如图4所示。

断电操作时,断路器手车分闸后,移至试验位置,旋转钥匙,直拔锁的锁舌伸进柜侧面封板上锁舌孔中,锁住断路器手车;取出钥匙,插入隔离手车的锁具中,旋转钥匙,锁舌从柜侧面封板孔中缩进锁具中,手车解锁,隔离手车摇至试验位置,此时钥匙不能取出。送电操作反之,这样就不会发生带负荷移动隔离手车。与两柜的后门联锁,只要在隔离手车上再装另一套不同编号的带两网门的直拔锁,在隔离手车移至试验位置时,旋转另一套直拔锁的钥匙,锁舌伸进柜侧面封板上锁舌孔中,锁住隔离手车,取出钥匙,开联络柜后门、隔离柜后门,检修。送电反之。虽然有两套直拔锁,但它们编号是不同的,钥匙程序不同,不能互用,只能走自己那一套锁的程序。

2.3 两台进线与联络三合二

供电的连续性是电力质量的一个重要方面,对于某些用电部门,如医院、机场、大型生产线等尤为重要。当一侧电源发生故障时,能根据设定的切换程序准确完成向另一侧电源的切换,以最大限度地保证供电的连续性。为防止两电源同时对设备进行供电,两台进线断路器与联络断路器就必须设置联锁装置,进线、分段只能是三合二。为了解决这样的问题,只要在两进线柜与联络柜断路器手车上各装一把同号的直拔锁,三把锁用两把钥匙操作,操作过程如图5所示。在试验位置时,三把锁锁住断路器手车,因为解锁钥匙只有两把,只有两套锁具中有钥匙插入,旋转钥匙,锁舌从柜侧锁孔中退出,使两台断路器手车能在试验位置解锁移至工作位置,合断路器送电。在工作位置时,钥匙又是不能取出的,另一台断路器手车在试验位置就不能移动,所以三合二问题也很好解决了。

2.4 计量柜防盗电功能

正常供电时,计量柜内计量PT手车是不允许退出运行的,以防止盗电。只有在计量PT手车移至工作位置时,进线柜的断路器才能合闸送电,操作过程如图6所示。

在1#计量PT手车与1#进线断路器手车上各装一把同编号的直拔锁,在1#计量PT手车移至工作位置,旋转钥匙,锁舌伸进柜侧面封板上锁舌孔中,锁住1#计量PT手车,取出钥匙,插入1#进线柜断路器手车的锁具中,旋转钥匙,锁舌从柜侧面封板孔中缩进锁具中,手车解锁,1#进线断路器手车摇至工作位置,此时钥匙不能取出,合断路器,送电。断电反之操作,能有效防止盗电行为。

3 结语

综上所述只是机械程序锁在中置式开关柜中的典型运用方案,对于“五防”中的每项联锁要求,尽管其柜型、方案存在多样化,只要灵活的运用机械程序锁,就能强制运行人员按照既定的安全操作程序,对电气设备进行正确的操作,从而避免误操作事故的发生,达到电力系统的“五防”要求,而且这种联锁方法简单有效、可靠、直接。如果配合电气联锁,把机械防误和电气防误有效结合起来可以设计出各种方案的联锁功能,联锁功能可以做得很完善,必将减少事故的发生,提高电气系统的安全操作性和运行水平。

参考文献

[1]GB/T11022-1999高压开关设备和控制设备标准的共同技术要求[S].

[2]严金城,邱一新,丁海荣.在线式微机防误操作系统的研制[J].江苏电器,2003(6):24-26.

[3]DL/T404-20073.6kV～40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备[S].

[4]GB3906-20063.6kV～40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备[S].

[5]GB16927.1-1997高电压试验技术第一部分:一般试验要求[S].

10kV中置式开关柜 篇3

近年来, 随着社会用电需求的不断上升以及电网的高速发展, 电力系统涉及大量110 k V/35 k V变电所的新建和改扩建工程。变电所新建和改扩建工程新增10 k V/20 k V中置式开关柜后, 为了保证开关柜投运后的正常、安全运行, 必须在开关柜正式投入运行前对其各项性能指标进行全方位的验收, 而对中置式开关柜手车接触行程 (手车接触行程是合闸操作中动、静触头接触后绝缘拉杆继续运动的距离, 即在合闸过程中触头压簧的压缩量) 的验收是其中一个非常重要的项目。开关柜手车动、静触头的接触行程必须要达到设计位置和接触标准, 才能使开关手车动触头和静触头完全可靠接触。由于10 k V/20 k V开关柜运行时的电流较大, 如果动、静触头接触不到位, 接触电阻的增大会引发动、静触头异常发热, 严重时甚至烧毁开关柜, 造成设备损坏和停电事故的发生, 从而影响电网运行安全及供电可靠性。

1 中置式开关柜手车接触行程验证现状

目前, 中置式开关柜手车接触行程验证过程中, 由于受到中置式开关柜结构和触头位置的限制, 验收人员无法直接观察手车动、静触头的实际位置和接触情况, 主要还是靠运维人员的操作经验和主观感觉判断, 针对开关柜手车接触行程是否正常的验收结果没有一个科学、可靠的判断依据, 手车开关运行的安全性和可靠性无法保障。

经过对电力系统新建和改扩建变电所新增中置式高压开关柜投产验收现场手车接触行程验证项目进行调研以及查阅相关资料发现, 目前还没有涉及专门针对提升中置式开关柜手车接触行程验证科学性、可靠性的相关研究和经验的公开论文及成果。因此, 探寻和研制一种能够提高中置式开关柜新建验收时手车接触行程验证的有效性、可靠性的方法和装置, 对于提高中置式高压开关柜的运行安全性和稳定性, 保证供电的可靠性是非常必要的。

2 辅助装置的研制

为了解决目前中置式开关柜验收工作中手车接触行程验证项目可靠性低的问题, 提升开关手车接触行程验证的科学性, 相关机构研制了一种中置式开关柜手车接触行程验证辅助装置, 用于开关手车接触行程验证现场。

2.1 装置构成及工作原理

中置式开关柜手车接触行程验证辅助装置采用模块化设计, 主要包括电池电源模块、微型摄像头、画面分割器、视频连接线、液晶显示屏和画面显示控制模块。中置式开关柜手车接触行程验证辅助装置如图1所示。

2.1.1 电池电源模块

电池电源模块采用内置12 V/5 Ah的铅酸蓄电池, 电池电压为+12 V, 容量为5 Ah, 通过电源开关直接供给液晶显示屏和画面分割器;采用开关稳压芯片LM2576-5.0, 将+12 V电压转换为+5 V, 供给摄像头使用, 连续工作时间可达到5 h以上。装置上设置了充电接口, 当蓄电池电量降低时, 可以通过外置的电池充电器由220 V交流电源对蓄电池充电。此外, 装置采用内置电源方式, 工作现场无需外接电源, 方便装置的现场应用。

2.1.2 微型摄像头

微型摄像头选用DH-205型700线高清红外微型摄像头, 可以在开关柜内光线较暗的环境下清晰显示开关动、静触头的接触情况。为了方便现场应用, 配备了接线背板和安装支架。接线背板装有XH2.54端子, 与视频连接线的一端相连, 通过视频输出线将监控影像传输到控制装置上;安装支架为“Z”字型, 摄像头的一端对准触头, 另一端用自粘胶带固定在开关小车动触头臂上。

2.1.3 画面分割器

画面分割器选用型号为YG600的六画面分割器, 可以实现手车开关三相触头, 每相上、下触头各一个摄像头, 供6路摄像头视频信号同时接入, 并在同一液晶显示屏上显示。

2.1.4 视频连接线

视频连接线配置了长度为3 m的视频专用连接线, 一端为3路航空插头, 另一端为6路XH2.54的接头, 航空插头与面板的视频输入端子相连, XH2.54接头与摄像头背板相连, 将微型摄像头信号传输至画面分割器。

2.1.5 液晶显示屏

液晶显示屏选用型号为B1042的10寸液晶显示屏, 最大分辨率可达1 024×768, 可同时显示6路视频输入信号, 并保证监视画面的质量, 体积适当, 满足装置大小便于携带和现场应用的要求。

2.1.6 画面显示控制模块

画面显示控制模块可以实现按键和遥控两种控制方式。按键控制直接设置在装置的面板上, 通过按键操作实现画面显示模式的切换;遥控控制采用红外遥控方式, 装置上设有红外遥控接收端, 通过遥控器实现对现实画面和模式的控制和调整。按键和遥控方式均可实现对画面显示模式的调节和控制, 更换输入不同的通道画面, 可以实现“一大五小”“一大三小”“画中画”“二分割”等显示模式的切换。

2.2 装置电源电路工作原理

装置内置铅酸蓄电池的电压为+12 V, 它通过电源开关直接供给液晶显示屏和画面分割器;摄像头供电电源的电压为+5 V, 电路中设计使用了开关稳压芯片LM2576-5.0, 将蓄电池+12 V电压转换为+5 V。该芯片是美国国家半导体公司生产的3 A电流输出降压开关型集成稳压电路, 内含固定频率振荡器 (52 k Hz) 和基准稳压器 (1.23 V) , 并具有完善的保护电路, 包括电流限制及热关断电路等。利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路, +5 V电源通过视频连接线供给摄像头工作, 并将视频信号传输回装置。装置电源电路图如图2所示。

3 装置的现场应用

中置式开关柜手车接触行程验证辅助装置研制成功后, 在国网嘉兴供电公司变电运维室实训基地10 k V开关

室现场以及所辖的文昌变、陆桥变等变电所改扩建工程的新增10 k V/20 k V中置式开关柜手车接触行程验证工作现场进行了应用和效果验证。辅助装置现场应用情况如图3所示。

现场应用时, 将装置通过面板上设置的整机接地端可靠接地, 保障装置和操作人员的人身安全;将摄像头一端对准小车触头, 安装支架一端用自粘胶带固定在开关小车动触头臂上;将视频连接线按照相应的编号与装置面板上的视频输入端子以及摄像头背板接口相连, 然后打开装置工作电源, 开始工作。

开关柜验收人员可在验收现场通过该装置的液晶显示屏, 清楚地观察中置式开关柜开关手车由试验位置摇至工作位置、工作位置摇至试验位置过程中动、静触头的相对运动情况以及实际接触情况。面板上6个画面按顺序分别对应显示开关柜手车A, B, C三相上、下6个触头的实际情况, 并且可以通过装置面板上的切换按键或者配置的遥控器对监控画面显示模式按需求切换和调节, 有利于仔细观察相关触头。通过对运动过程和实际位置的观察, 验收人员能够对手车接触行程作出准确的判断, 从而保证验收的可靠性和有效性, 确保开关柜乃至电网的运行安全。

4 总结

综上所述, 本文提出的中置式开关柜手车接触行程辅助验证装置首次将视频监控技术引入中置式开关柜手车投产验收接触行程验证工作现场。该装置具有结构简单、操作方便、通用性强等优点, 可较好地应用于中置式开关柜手车接触行程验证现场。本课题已立项为国网浙江省电力公司2015年群众性科技创新项目。

摘要：通过对目前广泛应用于电力系统配电领域的10kV/20kV中置式高压开关柜手车动、静触头接触不可靠可能造成的严重后果, 新增开关柜投产验收工作中手车接触行程验证项目的重要性以及实施现状进行详细阐述, 提出了一种适用于中置式开关柜手车接触行程验证的辅助装置。对该装置的实现方法、工作原理、具体性能及现场应用进行了描述。该装置首次将视频实时监控的概念应用于中置式开关柜手车接触行程的验收工作中, 不仅提高了中置式开关柜手车接触行程验证的科学性和准确性, 也提升了中置式开关柜运行的安全性和可靠性。

关键词：电力系统,中置式开关柜,接触行程,视频监控

参考文献

[1]李建基.高压真空断路器及其应用[M].北京:中国电力出版社, 2004.

[2]陈国栋.10kV小车式封闭开关柜内接头发热原因分析及预防[J].科技创新导报, 2008 (28) .

10kV中置式开关柜 篇4

某地在短时间内连续出现多起KYN28型中置式开关柜 (以下简称中置柜) 绝缘故障。这多起故障中, 开关室内的相对湿度在75%~87%RH, 故障开关柜内有水汽, 柜内绝缘件、母排等均有不同程度的受潮凝露现象;部分室内电缆沟有积水, 母线及断路器触头有氧化物;约70%的故障发生前系统出现单相接地告警。经分析可知, 潮湿空气及凝露是中置柜发生绝缘故障的重要原因。

2 空气相对湿度与凝露分析

2.1 相对湿度

度量潮湿空气通常有绝对湿度和相对湿度两个指标。《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》 (GB/T11022—2011) 中规定开关柜正常使用条件之一是日平均相对湿度不大于95%RH。

2.2 凝露

凝露是指环境温度低于空气相对湿度的露点温度时, 空气中的水蒸气凝结成水珠。同一环境条件下, 空气相对湿度越高, 露点温度越接近环境空气温度, 凝露越容易发生。

在85%RH以上高湿情况下, 露点温度与环境温度之间的差值不到3℃, 85%RH仅为0.8℃;空气相对湿度越高, 露点温度与环境温度之间的差值越小, 越容易产生凝露。大气条件下空气相对湿度对应的露点温度见表1。

2.3 对电气设备运行的影响

(1) 对空气绝缘的影响。 研究表明, 当温度保持不变, 球间隙放电电压在80%RH以下低湿条件下, 随着相对湿度的增加逐渐增加;在80%RH以上高湿条件下, 随着相对湿度的增加逐渐减小, 但高湿并不会造成放电电压严重降低。但有凝露时, 球间隙放电电压几乎降为正常值的一半。因此, 空气相对湿度小于95%RH时对开关柜的空气绝缘没有显著的影响。

(2) 对导体的影响。 如图1 所示, 故障开关柜有大量断路器手车触头及母排氧化现象, 是潮大气腐蚀和湿大气腐蚀共同作用的结果。断路器手车的动静触头氧化后, 一方面会有粉状氧化物落在触头盒内, 降低爬电距离;另一方面加大动静触头之间的接触电阻, 易发生热故障, 发热后绝缘材料受热分解, 绝缘性能下降。

(3) 对绝缘材料的影响。 开关柜的绝缘件有绝缘支柱、母线套管和触头盒三种, 通常采用环氧树脂压铸而成。在潮湿环境下, 由于材料内部结构基团极性及吸水性, 容易与水分子结合形成氢键, 使导电性增加, 表面电阻率和体积电阻率降低。

凝露会在绝缘材料表面形成结晶水, 当空气中粉尘溶解于结晶水后, 由于局部电子的快速运动和结合, 会在绝缘材料表面形成小电弧燃烧, 破坏绝缘材料的表面绝缘。随着不断分解效应和污化效应的累积, 绝缘表面会形成灰白色的粉末印痕彻底破坏绝缘性能, 并最终导致设备相间或对地短路。

3 潮湿空气的来源与凝露的形成

3.1 开关室内的水汽

开关室电缆沟有积水也是导致开关柜绝缘故障的原因。一些防水措施失效, 室外电缆沟的积水便会渗入室内。另外, 室内电缆沟底部也可能因变电站四周环境而不断渗水。进入电缆沟的水蒸发到开关室空气中, 导致开关室空气相对湿度增大。

3.2 开关柜内的水汽

室内潮湿空气会通过开关柜出线仓的电缆孔和柜体结构间的缝隙逐渐渗入, 是开关柜内潮湿空气产生的最直接途径。另外, 从开关到排气扇口和通风口进入及通过电缆沟盖板缝隙蒸发上来的潮湿空气, 也会通过开关柜壳体缝隙缓慢进入柜体内。KYN28型中置柜防护等级为IP4X, 对液体及气体无防护等级, 潮湿空气进来慢而排出更难。

3.3 柜内凝露的形成

如图2所示, 柜内母线仓凝露形成的水珠, 顺着钢板淌到仓底, 另一部分则流到母线套管和触头盒上。几起故障中, 氧化最严重的两座站的开关柜内铜排没有加装绝缘护套, 当环境温度下降时很容易凝结水珠。水滴顺着横母线流向垂直的引下排, 进入上静触头盒, 导致上静触头盒受潮绝缘性能下降和断路器上触头氧化。这也是绝缘故障点主要发生在断路器仓上触头处或母线仓内的原因。

虽然开关室内的湿度未达到日平均相对湿度不大于95%RH的要求, 但高湿时段渗入开关柜的潮湿空气, 在夜晚气温降低时凝结成水珠附着在敷铝锌钢板、导体和绝缘件上, 发生缓慢的腐蚀。虽然短时间内对绝缘影响不明显, 但日积月累加上对绝缘材料的缓慢影响和铜排的氧化作用, 达到一定程度和条件时, 就会发生绝缘故障。若在发生故障前出现系统单相接地故障, 由于之前开关柜的绝缘已非常薄弱, 接地后非故障相电压上升1.73 倍, 导致绝缘击穿发生故障。

4 除湿装置

开关室和开关柜应进行除湿防止凝露, 才能保证开关柜的安全运行。 变电站内潮湿空气的处理方式主要有加热、冷却和流动, 根据使用的位置可分为用于开关室的除湿设备和用于开关柜内的除湿设备。

4.1 开关室的除湿设备

开关室内常用的除湿设备有空调和工业除湿机两种。空调除湿功能的除湿量为专业除湿机的30%左右, 由于带来整个空间温度的降低, 因此也可能导致在不希望的地方出现凝露。工业除湿机的进气量大于空调, 其中一般型和调温型除湿机不会带来空间温度的降低, 只会将水蒸气冷凝为水, 更宜于开关柜室干燥环境的建立。

此外, 开关室中还可利用空气流动进行除湿, 即打开门窗或开启排风扇让室外干燥的空气进入室内, 置换出室内潮湿的空气。门窗和排风扇需要人工开启, 有时也会让室外的潮湿空气进入室内。

4.2 开关柜的除湿装置

开关柜的除湿装置主要有加热式和制冷抽湿式两种。其中加热式除湿控制器有凝露控制和温湿度控制两种类型。凝露控制器是在相对湿度为93%RH拐点处触发启动加热, 使柜内温度始终高于露点温度, 破坏凝露条件形成, 但93%RH的拐点对凝露的预防过迟。温湿度控制器采用温度或湿度的控制方式, 在相对湿度大于85%或温度低于5℃时启动加热, 相对湿度小于75%RH或温度高于13℃时加热器停止工作。在温度高且相对湿度较高未达到启动值, 而露点温度和环境温度又很接近时, 控制不及时有可能发生凝露。

加热式除湿装置的常用加热器有梳状铝合金和薄式硅橡胶加热板。前者利用空气自然散热, 工作时表面温度可达130℃, 连续加热寿命为3~4个月。后者散热面紧贴柜体敷铝锌板, 利用柜体的敷铝锌板散热, 另一面浇铸一层硅橡胶, 工作时表面温度不超过80℃, 连续加热寿命可达15~20年。在加热器发生断线等故障时, 目前普通的除湿装置没有监测和报警功能, 而一些智能温湿度控制器具有加热回路自检和报警功能, 便于及时处理。

制冷抽湿式除湿装置因需要向外排水, 故在室内开关柜使用并不多, 常用于室外环网柜和配电箱等。

5 防凝露的措施及应用

避免因潮湿空气及凝露产生中置柜绝缘故障, 应从开关室的大环境、中置柜的小环境及运维检修策略三个方面采取措施, 实现水汽 “进不来, 排得出, 抗得住”。

5.1 开关室内除湿防潮

防止开关室积水就要减少室外电缆沟的积水, 电缆沟应按0.5%~2% 设置坡度, 在集水井处配置自动排水系统;室内电缆沟应高于室外电缆沟20cm;电缆沟进入开关室时, 在防火墙外侧增加防水墙。室外电缆沟靠近开关室位置, 可采用透明的有机玻璃盖板替代水泥盖板, 方便检查电缆沟积水和防水墙情况;对于沟底渗水的室内电缆沟, 须对沟底和立面用SBS防水材料进行处理, 再抹上防水砂浆;室内电缆沟应设置几处网格状镂空盖板, 便于检查和水汽散发。电缆沟透明盖板和镂空盖板如图3所示。

开关室的排气扇口直接封掉, 需要排风时可打开门窗。开关柜在运行时产生的热量非常小无需排风, 很多开关室无排风扇仍安全运行至今。

在控制水汽进入开关室的基础上, 安装除湿装置可有效降低室内空气相对湿度, 因此可根据开关室面积选用除湿量相应的除湿机。空调与除湿机配合使用, 能有效地降低开关室空气中水蒸气的绝对量。

5.2 开关柜内除湿防潮

开关柜的除湿装置宜选用温湿度控制型, 具有调温湿度启动值和有回路故障报警功能;日温差大的地区或时段的低温启动值提高至10~15℃, 高湿度地区或季节的湿度启动值调到55%RH~70%RH, 以扩大环境温度与露点的差值。加热器应采用薄式硅橡胶加热板, 并将传感器和加热板分别安装在柜内两侧;在雨季及高湿天气下, 应将加热板长期投入运行, 其它时段置于自动运行状态。

无论是加热后的空气还是积聚在开关柜内的潮湿空气, 必须排出开关柜才能带走水分, 因此必须增加开关柜内空气流通的通道。方案一是在母线仓的泄压通道板上安装排风扇, 可向柜外抽出潮湿空气, 但同时也将柜底部潮湿内空气抽上来;或向母线仓内吹入干燥的空气, 相比较而言向内压风效果更好, 但不利因素是风扇故障时因风扇在母线正上方需要停母线处理。方案二是在出线仓、母线仓和断路器仓的泄压通道板上加工百叶孔, 出口方向侧面, 柜内空气与柜外自由流通, 也可阻止灰尘落入。

开关柜在采取除湿防潮措施的基础上, 还应选用性能优良的绝缘材料抵御水分对运行的影响。绝缘橡胶热缩套的导热系数在0.2W/mK左右, 加装绝缘橡胶热缩套不仅能加强母线的绝缘, 也可降低潮湿空气直接在母排上凝露的概率。绝缘件应采用环氧树脂或SMC材料等阻燃性绝缘材料, 不可采用聚碳酸脂、酚醛树脂或聚氯乙烯等有机绝缘材料;爬距应不小于20mm/kV。 母线绝缘套管应选用带双屏蔽结构, 即套管内壁有与导体相连的均压环, 外部与柜体外壳相连的屏蔽罩, 改善套管内外的电场分布, 避免因局部放电对绝缘的破坏。

5.3 运行检修策略

在防止水汽进入开关室和开关柜的基础上, 还需要加强对环境的监控和开关柜的运行管理, 优化检修策略, 将绝缘故障隐患消灭在萌芽状态。

环境的监控重点是室外内电缆沟的积水及浓雾等高湿天气下开关室内空气相对湿度。雨季到来前对电缆沟积水井、水泵等排水设施进行检查和试验, 确保排水设施能正常工作。雨后及时检查室外内电缆沟有无积水, 室内相对湿度及工业除湿机和开关柜上除湿装置是否已启动, 必要时人工启动。日常巡视中, 应采用 “望、闻、听”的方法检查开关柜有无水汽、臭氧味和放电声。定期开展局放和暂态地电压的带电检测;局放大于15dB则视为缺陷需要及时处理;暂态地电压大于20dB则视为缺陷。在系统发生单相接地时, 及时查找和隔离接地点, 减少非故障相设备承受线电压的时间。

在开关柜投运4~6 年内应安排一次母线检修。 通过开仓检查和对母线的交流耐压试验, 评估环境对开关柜及母线长期运行的影响, 母线套管、触头盒的绝缘性能变化情况, 安排检修计划, 使母线处于健康的运行状态。 同时, 柜内除湿装置的传感器、控制器和加热器与一次设备应同步试验和维护。

6 结束语

空气相对湿度及凝露对中置柜的绝缘影响及至故障的发生, 是开关室环境、开关柜结构、绝缘材料和除湿装置等多原因导致的。要避免凝露对开关柜的绝缘影响, 必须从源头上减少进入开关室和开关柜内潮湿空气;配置合适的除湿装置, 使其正常和有效运行, 保持开关室和开关柜干燥;选用性能优良的绝缘材料, 抵御水汽的浸湿和抗湿度老化;优化开关柜的运检策略, 及时发现和处理绝缘隐患, 防止潮湿空气及凝露对开关柜绝缘影响的累积效应。

参考文献

[1]林浩然, 牛海清, 张耿斌, 等.高湿条件下空气间隙放电规律的试验研究[J].高压电器, 2014, 50 (1) :87~91

[2]邓飞凤, 裴锋, 刘拥军.空气相对湿度对室外电气柜内金属腐蚀的影响及防潮措施[J].华中电力, 2008, 21 (2) :57~60

[3]李波.湿热老化对环氧树脂复合材料电学性能影响研[D].武汉:武汉理工大学, 2010

[4]岳新峰.12kV中置柜加热除湿方式探讨[J].高压电器, 2002, 38 (3) :57, 58