電力系統(tǒng)高低壓開關(guān)柜檢驗(yàn)技術(shù)研究

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摘要：基于對(duì)電力系統(tǒng)中高低壓開關(guān)柜檢驗(yàn)項(xiàng)目，分析其運(yùn)行中容易出現(xiàn)的故障類型和原因，提出針對(duì)其常見故障所開展的檢驗(yàn)項(xiàng)目及其技術(shù)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；高低壓開關(guān)柜；檢驗(yàn)技術(shù)

高低壓開關(guān)柜作為電力系統(tǒng)中的重要組成部分，需要保證自身正常運(yùn)行才能確保整個(gè)電力系統(tǒng)的順暢運(yùn)行。在目前電力系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)大來(lái)滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的電能需求的形勢(shì)下，電力系統(tǒng)中的高低壓開關(guān)數(shù)量和種類也在不斷增加，這也增加了此類裝置的故障問(wèn)題[1,2]。而對(duì)其故障原因進(jìn)行分析可知，其中其自身質(zhì)量原因比較關(guān)鍵。為此，在使用高低壓開關(guān)柜之前需要結(jié)合其常見故障做好檢驗(yàn)處理工作，也就是合理應(yīng)用相應(yīng)的檢驗(yàn)技術(shù)，提前發(fā)現(xiàn)此類設(shè)備的質(zhì)量問(wèn)題并進(jìn)行故障排除或更換，保障整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定與可靠運(yùn)行。

1高低壓開關(guān)柜的電氣檢驗(yàn)

針對(duì)電力系統(tǒng)中的高低壓開關(guān)柜，有著明確的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其電氣性能的檢驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。具體地說(shuō)所需要開展的檢驗(yàn)項(xiàng)目主要有例行檢驗(yàn)和全面型式檢驗(yàn)兩種，對(duì)于前者來(lái)說(shuō)，就是檢驗(yàn)制造開關(guān)柜所需要的材料、元器件以及結(jié)構(gòu)和工藝等，將其與設(shè)計(jì)要求對(duì)比，確保其符合要求并保證產(chǎn)品的整體可靠性和性能。對(duì)于后者來(lái)說(shuō)，則重點(diǎn)是對(duì)其性能以及額定值進(jìn)行檢驗(yàn)并對(duì)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，如其中的絕緣性能、短路性能以及溫升等檢驗(yàn)項(xiàng)目。

2常見故障

目前電力系統(tǒng)中所應(yīng)用的高低壓開關(guān)柜的數(shù)量和種類在不斷增多，同時(shí)也增加了其運(yùn)行中的故障概率和數(shù)量，總結(jié)起來(lái)主要有以下幾種常見故障：（1）拒動(dòng)和誤動(dòng)故障。此種故障會(huì)對(duì)高低壓開關(guān)柜作用的發(fā)揮造成影響并且會(huì)引發(fā)對(duì)電力系統(tǒng)的危害，表現(xiàn)出現(xiàn)機(jī)械故障而導(dǎo)致其傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行不暢的問(wèn)題，或者是由于出現(xiàn)比較多的控制指令錯(cuò)誤問(wèn)題而造成其電氣控制回路運(yùn)行不暢的問(wèn)題。（2）關(guān)合與開關(guān)故障。此故障通常是由相應(yīng)斷路器本身出現(xiàn)問(wèn)題而導(dǎo)致的，不僅會(huì)影響高低壓開關(guān)柜的正常運(yùn)行，甚至?xí)p壞整個(gè)電力系統(tǒng)。（3）絕緣故障。此類故障比較常見，主要表現(xiàn)出會(huì)降低開關(guān)柜的絕緣性能，從而會(huì)對(duì)開關(guān)柜的正常運(yùn)行造成影響，導(dǎo)致運(yùn)行不暢故障，甚至?xí)?dǎo)致其出現(xiàn)安全事故。這主要由于其本身存在質(zhì)量缺陷，或者是受到雷擊等外界因素影響而導(dǎo)致出現(xiàn)了絕緣故障缺陷問(wèn)題。

3檢驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用

3.1絕緣性能檢驗(yàn)

對(duì)于高低壓開關(guān)柜來(lái)說(shuō)，絕緣性能使其比較關(guān)鍵的性能指標(biāo)，因此這也時(shí)開展例行檢驗(yàn)以及全面型式檢驗(yàn)的重點(diǎn)檢驗(yàn)項(xiàng)目，在上述檢驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容中的工頻耐壓實(shí)驗(yàn)就是采取對(duì)電壓值和施加電壓時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的方式來(lái)對(duì)開關(guān)柜的相間和相對(duì)遞減、斷口間的絕緣性能進(jìn)行考核與驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也可以對(duì)此類產(chǎn)品在具體應(yīng)用過(guò)程中的絕緣性能進(jìn)行等效考核與驗(yàn)證，主要是驗(yàn)證其在實(shí)際使用中長(zhǎng)時(shí)間通電發(fā)熱以及操作過(guò)程中的絕緣性能水平，還有在長(zhǎng)時(shí)間使用中其表面受到塵埃和水汽侵蝕時(shí)對(duì)絕緣性能造成影響的抵抗能力。在相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中只是在型式檢驗(yàn)項(xiàng)目中對(duì)沖擊耐壓實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了明確規(guī)定，這主要由于此實(shí)驗(yàn)開展中會(huì)受到實(shí)驗(yàn)條件和設(shè)備等因素的影響，在按照規(guī)定要求進(jìn)行設(shè)備安裝之后，通過(guò)沖擊耐壓試驗(yàn)的開展，主要是考核驗(yàn)證此類設(shè)備對(duì)實(shí)際操作過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)電壓或者是受到雷擊等外界因素干擾時(shí)出現(xiàn)的脈沖型高電壓的承受能力。此外，由于電力系統(tǒng)運(yùn)行中除了受到上述因素的影響還會(huì)受到越來(lái)越嚴(yán)重的諧振過(guò)電壓影響，而且此類影響因素越來(lái)越復(fù)雜，主要有參數(shù)諧振過(guò)電壓、鐵磁諧振過(guò)電壓以及有線性過(guò)電壓等，不僅類型比較復(fù)雜，而且過(guò)電幅值也在不斷提升，并且還受到中性點(diǎn)接地方式的影響。這就需要結(jié)合國(guó)家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中針對(duì)額定電壓為7.2kV產(chǎn)品絕緣水平的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求，在試驗(yàn)開展中將短時(shí)工頻耐受電壓值從23kV提升到30kV，并且提升隔離斷口到34kV，而且在上述試驗(yàn)過(guò)程中也不需要在考慮中性點(diǎn)接地方式、快波前與緩波前過(guò)電壓作用程度、過(guò)電壓限制裝置等方式，同時(shí)還可以刪除額定雷電沖擊的耐受電壓值中的較低值，并且使用60kV和70kV來(lái)分別代替原有的通用值40kV和隔離斷口46kV。

3.2短路性能試驗(yàn)

此種試驗(yàn)是對(duì)開關(guān)柜設(shè)備的額定短路接通開關(guān)能力和額定短時(shí)耐受電流能力進(jìn)行檢驗(yàn)的試驗(yàn)項(xiàng)目，也就是檢驗(yàn)在電力系統(tǒng)出現(xiàn)短路或過(guò)載較大等異?，F(xiàn)象時(shí)，能夠保證高低壓開關(guān)柜接通且在規(guī)定時(shí)間內(nèi)承載和斷開故障電流的能力。由于在上述操作中主要是利用開關(guān)柜中的斷路器等內(nèi)部執(zhí)行元件來(lái)完成，但是在實(shí)際的試驗(yàn)中也只能對(duì)高低壓開關(guān)柜整體性能的額定短時(shí)耐受電流能力指標(biāo)的影響因素進(jìn)行分析，也就是檢驗(yàn)開關(guān)柜運(yùn)行中在短路電流處于規(guī)定范圍內(nèi)時(shí)出現(xiàn)的焦耳熱和相應(yīng)的熱應(yīng)力、電動(dòng)應(yīng)力等數(shù)值。而代表開關(guān)柜設(shè)備的額定短時(shí)耐受電流能力的指標(biāo)主要是峰值耐受電流和短時(shí)耐受電流，并且按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)于低壓開關(guān)柜來(lái)說(shuō)，需要保證在短路電路超過(guò)50kA時(shí)，保證上述兩個(gè)指標(biāo)的數(shù)值比例為2.2，試驗(yàn)電流持續(xù)時(shí)間為1s。如果是高壓開關(guān)柜，則要求上述數(shù)值比例更高，且持續(xù)時(shí)間為4s。在上述試驗(yàn)過(guò)程中需要對(duì)電力系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行模擬，而且條件要更加苛刻，這也足以證明此項(xiàng)指標(biāo)對(duì)于開關(guān)柜設(shè)備安全運(yùn)行的重要作用。這主要由于在出現(xiàn)短路故障時(shí)會(huì)在瞬間產(chǎn)生高達(dá)幾十kA的短路電流且持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)，這也會(huì)產(chǎn)生非常大的焦耳熱而加速絕緣材料的老化并降低絕緣性能。而且所用的銅材在溫度超過(guò)90℃的環(huán)境中就會(huì)表現(xiàn)出機(jī)械性能大幅下降的現(xiàn)象，同時(shí)此類發(fā)熱問(wèn)題還會(huì)增加導(dǎo)體連接接觸面變形問(wèn)題而引起的接觸電阻，而上述非常大的短路電路也會(huì)產(chǎn)生非常大的電動(dòng)力，在此電動(dòng)力的影響下會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)部絕緣件的斷裂和柜體、母排的變形問(wèn)題，甚至?xí)淖冸姎庖娏?xí)和爬電距離，降低絕緣水平。如果是采用抽屜柜，在上述電動(dòng)力的影響下還會(huì)造成接插頭變形以及彈跳問(wèn)題，這會(huì)對(duì)抽屜式元器件造成拉弧燒損。如果是配電開關(guān)柜，也由于其存在實(shí)現(xiàn)上下級(jí)選擇性短路保護(hù)的功能要求而需要開展此試驗(yàn)。這主要是通過(guò)此試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)開關(guān)設(shè)備的動(dòng)、熱穩(wěn)定性進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)此類設(shè)備在短路延時(shí)過(guò)程中的I2t所產(chǎn)生焦耳熱的承受能力進(jìn)行檢測(cè)，還可以對(duì)上述焦耳熱所產(chǎn)生熱應(yīng)力和峰值電流產(chǎn)生的電動(dòng)力的承受能力進(jìn)行檢測(cè)，也就是要保證在短時(shí)耐受電流能力的檢驗(yàn)之后還能保證產(chǎn)品可以正常使用。但是由于此類試驗(yàn)可能會(huì)對(duì)產(chǎn)品的性能和可靠性造成損壞，而且在試驗(yàn)開展中對(duì)其所用試驗(yàn)設(shè)備和供電條件等要求也較高，因此也僅僅將其作為型式試驗(yàn)開展。

3.3溫升檢驗(yàn)

此檢驗(yàn)項(xiàng)目主要是對(duì)開關(guān)柜設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間處于額定電流工作狀態(tài)下相關(guān)規(guī)定部件的溫升情況進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，檢測(cè)其是否在規(guī)定的溫升極限范圍之內(nèi)，同時(shí)還對(duì)鐵磁與載流部件出現(xiàn)損耗而發(fā)熱時(shí)是否會(huì)對(duì)載流部件和相鄰部件造成損壞以及降低產(chǎn)品的絕緣水平、影響產(chǎn)品性能等進(jìn)行檢驗(yàn)。這主要由于在開關(guān)柜在額定電流下經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行之后不可避免會(huì)產(chǎn)生緩慢的溫升現(xiàn)象，如果上述現(xiàn)象出現(xiàn)異常而出現(xiàn)了溫升超過(guò)規(guī)定范圍的情況也會(huì)加速絕緣件的老化速度并降低絕緣性能。上述問(wèn)題主要是在開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)、載流部件連接和主電路界面等影響下產(chǎn)生，這也需要通過(guò)型式試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)開關(guān)柜整機(jī)的溫升情況，保證其在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。此外，由于試驗(yàn)設(shè)備、多種標(biāo)準(zhǔn)連接電纜或銅排等因素會(huì)限制溫升試驗(yàn)，因此也只能在型式試驗(yàn)中開展。

4結(jié)語(yǔ)

鑒于電力系統(tǒng)中應(yīng)用數(shù)量和種類不斷增多的高低壓開關(guān)柜及其對(duì)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要作用，需要在使用此類設(shè)備之前做好檢驗(yàn)工作。尤其是針對(duì)其在運(yùn)行中容易出現(xiàn)的拒動(dòng)、誤動(dòng)、關(guān)合與開關(guān)、絕緣故障等，需要做好絕緣性能檢驗(yàn)、短路性能檢驗(yàn)以及溫升檢驗(yàn)等型式檢驗(yàn)，還要通過(guò)例行檢驗(yàn)來(lái)確保此類開關(guān)柜設(shè)備的性能與運(yùn)行安全。

參考文獻(xiàn)

[1]馬宏.高低壓開關(guān)柜電氣檢驗(yàn)項(xiàng)目分析[J].電工電氣,2015(12):56-58.

[2]管留生.關(guān)于低壓開關(guān)柜智能化的思索[J].電氣技術(shù),2006(11):11-13.

作者：曹文濤 李紅廣 單位：青島市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)技術(shù)研究所