中压开关柜内部弧光短路故障的危害及防护措施.doc

中压开关柜内部弧光短路故障的危害及防护措施.doc中压开关柜内部弧光短路故障的危害及防护措施
发布时间:2012-03-08 15:25:28 浏览次数:(23)
1. 引言
近年来,中压开关柜由于各种原因发生内部故障而被严重损坏、有的甚至发展成多组开关柜同时烧毁的“火烧连营”的事故;而主变压器由于遭受外部短路电流冲击损坏的事故也逐年增加,据统计,全国110kV及以上等级变压器因外部短路故障造成损坏的事故已达到事故总数的50%以上。此外,开关柜内部弧光短路故障还可能波及站用直流系统发展为系统故障。这些时有发生的事故严重威胁着配电系统的安全经济运行,已引起国内电力部门的高度重视。[1-6]
实际运行经验表明,由于造成开关柜内部故障的原因很多,尽管采取了各种加强开关柜的措施,但由于开关柜弧光短路故障及引起的电力设备损坏仍时有发生。所以,除了严格保证开关设备的制造质量、按照相关规程进行正确维护和操作以外,还必须配置快速动作的保护装置,一旦发生内部弧光短路故障能快速切除,最大限度的保护设备和人员免受严重伤害。
本文首先简要说明中压开关柜的产生内部弧光故障的原因及故障特性;然后介绍开关柜内部弧光故障的危害及防护措施;最后提出对开关柜内部故障保护的中低压母线保护的要求,并介绍一种新型的电弧光中低压母线保护系统。
2. 中压开关柜内部弧光短路的故障特性
弧光短路故障的形成
1) 引起开关柜内部弧光短路的原因[1,2,8]
引起开关柜内部弧光短路故障的原因很多,例如结构设计不合理、制造质量不佳、设备材料绝缘老化、机械磨损、运行条件恶劣(高温、潮湿、污秽、化学侵蚀等)、用户维护不当和误操作、外力因素(小动物的进入、工具等外来物件遗漏在开关柜内等)、电网结构的改变(系统容量增大、接地方式的改变、电缆应用的增多、系统谐振过电压、保护及自动装置配置不当等)等等。因此,尽管开关设备发生内部弧光故障的概率不高,但却是不能完全排除的。而一旦发生开关柜内部弧光短路,会给附近操作人员和设备造成极大的危害。
电弧形成的四个阶段
中压开关柜内部弧光故障的形成,将经历以下四个阶段:[7]
第1阶段,即是压缩阶段,持续时间约5~15ms。在这一阶段温度上升,并产生动态压力波。
第2阶段,即是膨胀阶段,持续时间约5~15ms。在这一阶段短暂的时间内,因燃弧区和周围空气之间存在压力差,开始产生气流。
第3阶段,即是辐射排放阶段,这一阶段可能持续几百毫秒。在这一阶段由于电弧能量继续输入燃弧点,产生空气流、气流和微粒流。这种强力高速气流的热量及所带的炽热微粒,内部电弧开始形成对外部的影响。
第4阶段,即是热效应阶段,亦即为燃弧的最后阶段,它持续直至电弧熄灭。在这一阶段最终包围短路电弧的空气几乎达到电弧的温度。从这一阶段开始,大部分燃弧能量作用于开关设备的固体零部件。此时开关设备有烧穿的危险。故障清除后,这一阶段随之结束。
电弧的故障效应[7,8]
开关柜内部故障电弧燃烧期间产生的电弧效应包括压力效应、热(燃烧)效应、辐射和声效应,如图1所示。这些电弧效应将损害开关设备,并可能对附近的工作人员造成伤害。
图1. 故障电弧效应及危害
压力效应
燃烧的电弧将周围的空气加热,引致空气急剧膨胀,并在开关柜内部产生巨大的压力。
在最坏的情形,开关柜的门可能被炸开,不牢固的开关