重慶市電力公司防止10kV真空開關柜故障的有關技術措施

1、重慶市電力公司文件渝電生200792號關于印發(fā)重慶市電力公司防止10千伏真空開關柜故障的有關技術措施的通知公司所屬各供電局,超高壓局,公司所屬各供電公司,重慶電力設計院： 現(xiàn)將重慶市電力公司防止10千伏真空開關柜事故的有關技術措施印發(fā)給你們，請立即組織有關人員學習并認真貫徹執(zhí)行，各單位在執(zhí)行中如發(fā)現(xiàn)問題，請及時向市公司生產技術部反映。附件：1.重慶市電力公司防止10千伏真空開關柜事故的有關技術措施2.10千伏PT柜頻繁發(fā)生爆炸事故的分析3.真空斷路器“截流”和“重燃”問題說明主題詞：輸變電 設備 措施 通知抄送：試驗研究院，渝能(集團)有限公司。重慶市電力公司總經理工作部 2007年12月25

2、日印發(fā)附件1：重慶市電力公司防止10千伏真空開關柜事故的有關技術措施近幾年來，市公司10千伏開關柜設備通過規(guī)范和完善設備選型標準、招投標行為，逐步實現(xiàn)了設備規(guī)范化的全過程動態(tài)管理，對不滿足要求的開關柜進行綜合治理，嚴格執(zhí)行反事故措施，杜絕了“火燒連營”等重大事故的發(fā)生，10千伏開關柜短路事故率明顯下降，使10千伏開關柜設備的安全運行水平得到整體顯著提高。但是，10千伏開關柜在運行中仍然不時發(fā)生短路，這其中，除了產品質量原因外，也有系統(tǒng)、設備發(fā)展水平、目前采取的技術措施不完善等諸多原因，因此，有必要針對10千伏開關柜典型、重復出現(xiàn)的事故進行系統(tǒng)分析，總結出當前影響10千伏開關柜安全運行的突出和關

3、鍵問題，并在此基礎上，從管理、技術和運行等方面提出一些具體的預防措施，以保證10千伏開關柜的安全、穩(wěn)定運行。這些預防措施是原有相關反事故技術措施的補充、具體內容和要求如下：一、防止P.T.短路事故1、要求永川供電局、長壽供電局和萬州供電局按改進優(yōu)化方案（見附圖2）對PT二次接線部分和零序P.T.進行改造，此改造工作須在2008年6月30日之前完成。2、 要求公司范圍內的其他供電局按改進優(yōu)化方案（見附圖2）對PT二次接線部分進行改造，此改造工作須在2008年3月30日之前完成。3、從2008年開始，所有新建和改造項目 的10千伏PT部分都要求按改進優(yōu)化方案（見附圖2）進行接線和配置。二、防止RC

4、保護裝置、避雷器等元器件故障1、真空斷路器開關柜內不需配置RC保護裝置；除專用負荷出線回路外，真空斷路器出線開關柜內不需裝設氧化鋅避雷器來防止操作過電壓。RC保護裝置的拆除工作要求在2008年12月30日前完成；真空斷路器出線開關柜內已裝設了氧化鋅避雷器的可不安排拆除。2、更換所有真空斷路器開關柜內的瓷外套式避雷器為硅橡膠外套式氧化鋅避雷器，要求在2008年12月30日前完成。3、為防止電容器操作過電壓，在并聯(lián)電容器首端裝設氧化鋅避雷器，另外在真空斷路器開關柜內裝設氧化鋅避雷器。此項檢查和改造工作要求在2008年6月30日前完成。4、為防止線路侵入的雷電波過電壓，10千伏進、出線端及主母線均裝

5、設氧化鋅避雷器，但各出線端氧化鋅避雷器不能裝設在真空斷路器開關柜內；若10千伏出線全部為電纜，只需在主母線上裝設氧化鋅避雷器。此項檢查和改造工作要求在2008年12月30日前完成。三、防止真空斷路器故障1、縮短真空滅弧室與操動機構不是一體化的真空斷路器（如ZN28、ZN5等）機械特性測試周期至一年，對此類真空斷路器，各運行維護單位應結合開關柜更換工作納入年度技術改造計劃，要求在三年內更換改造完畢，控股公司暫不考慮改造。2、要求對每臺真空斷路器每年進行分、合閘操作3次及以上。3、真空斷路器須按照預試定檢周期進行機械特性測試和真空度檢測。4、各運行維護單位應加強對各種型號、規(guī)格真空斷路器分、合閘線

6、圈的儲備和管理，要求每個變電站應儲備兩套各種型號、規(guī)格真空斷路器分、合閘線圈。四、防止隔離開關觸頭、手車隔離插頭接觸不良1、要求在柜門外能觀察到隔離開關觸頭的操作到位情況和接觸情況。2、每次操作后都要求通過觀察窗檢查離開關觸頭的操作到位情況。3、在柜門外不能觀察隔離開關觸頭的操作到位情況和接觸情況的開關柜應逐步裝設開關柜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)。五、防止真空斷路器開斷容量不足1、要求各運行維護單位應每年對本單位系統(tǒng)短路容量進行一次全面的校核。2、當本單位系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化時，各運行維護單位應及時核算系統(tǒng)短路容量，若發(fā)現(xiàn)斷路器開斷容量不足應及時安排技術改造。3、真空滅弧室與操動機構不是一體化真空斷路器的實

7、際開斷電流應按額定開斷電流的85%考慮。附圖：圖1 4PT接線基本原理圖（優(yōu)化改進前）圖2 優(yōu)化4PT方案原理接線圖附件2：10千伏PT柜頻繁發(fā)生爆炸事故的分析一、原因分析在中性點不接地系統(tǒng)中，由于線路單相接地短路、線路斷線、操作空母線等原因，在運行中往往容易激發(fā)電壓互感器發(fā)生鐵磁諧振。當出現(xiàn)鐵磁諧振時，將產生高于額定值幾倍甚至幾十倍的過電壓和過電流，會導致電壓互感器高壓繞組燒損；同時，在電網導線對地電容較大的系統(tǒng)中，其暫態(tài)過程往往容易產生超低頻振蕩過電流，會導致高壓熔斷器熔斷。電力系統(tǒng)工程技術人員對此進行了很多的研究和試驗，也采取了一系列的消諧措施，并付諸實施。這些措施一般可歸納為三大類：一

8、是改變參數(shù)，消除諧振產生的條件；二是諧振發(fā)生后接阻尼電阻，增大回路阻尼效應，抑制諧振；三是改變互感器接線方式，使互感器的電感在激發(fā)條件下不改變，不具諧振發(fā)生條件。運行經驗表明，采取第三類措施（4PT接線方式）在消除諧振方面具有突出的作用，特別是10kV配電網中效果尤為明顯。大連電業(yè)局曾經于83年就開始采用“4PT”接線方式，取得了顯著的效果，基本避免了鐵磁諧振的發(fā)生，后來該接線方式在國內也得到廣泛的應用。鐵磁諧振發(fā)生的根本原因在于電壓互感器鐵心在某些激發(fā)條件下飽和，使其感抗變小，并與線路對地電容的容抗相等所致。如果采用電壓互感器一次繞組中性點經零序電壓互感器接地，在此情況下，如發(fā)生單相接地故障

9、，電壓互感器中性點對地有相電壓產生，而主PT仍處于正序對稱電壓之下，互感器電感并不發(fā)生改變，則PT各相繞組跨接在電源的相間電壓上，不再與接地電容相并聯(lián)，因而不會發(fā)生中性點位移，也就不會發(fā)生諧振，因此，“4PT”接線對抑制鐵磁諧振的發(fā)生是很有效的措施。圖1 4PT接線基本原理圖（優(yōu)化改進前）當系統(tǒng)接地故障消逝后，健全相積累的電荷必須經電壓互感器(其中性點接地)對地放電，使電壓恢復到正常的電壓下，現(xiàn)場測試和理論分析表明，這個暫態(tài)過程所產生的電流比正常電流大很多倍，可導致高壓熔斷器熔斷。這種放電電流頻率很低，幅值大，一般稱為超低頻振蕩電流，超低頻振蕩電流的危害目前在系統(tǒng)中很普遍（因為系統(tǒng)電容比以往大

10、很多）。當中性點經零序電壓互感器接地后，由于零序電壓互感器的電阻和高電抗，使超低頻振蕩電流幅值得到有效的抑制，因此， “4PT”接線對抑制這種超低頻振蕩電流幅值也是很有效的措施。為有效消除配電網中性點不接地運行方式可能引起的鐵磁諧振和超低頻振蕩電流的發(fā)生，重慶電網在上世紀80年代就把變電站10kV PT改為四星型接線（即在三相中性點串入一同型號PT，也稱為零序PT），如圖1所示，經過多年運行，在防止諧振方面取得了顯著效果。但是，在實際運行中，重慶電網中的PT燒毀、PT熔斷器頻繁熔斷等現(xiàn)象仍然經常發(fā)生，有的供電局還連續(xù)發(fā)生多次，經分析，一般有以下幾種原因：1、第1類為二次接線錯誤，如發(fā)生兩點接地

11、，導致零序電壓互感器的二次繞組短接，因為接線中二次只允許有一點，即N點接地，否則，若還有其他接地點，則將使互感器燒毀。值得警惕的是，這種錯誤，在正常運行中不會有問題，正是這樣，錯誤不會被發(fā)現(xiàn)，待發(fā)生事故時才能察覺。如2006年12月6日永川供電局220kV茶店變電站II段PT柜爆炸事故。2、第2類為電壓互感器本身存在質量問題，如經常發(fā)生一次繞組匝間絕緣降低，出現(xiàn)匝間短路而燒壞。如2007年10月5日長壽供電局110kV三觀變電站I段PT柜爆炸事故。3、第3類為主PT二次開口角短接回路，因電容放電電流使開口角繞組熱容量不夠而燒壞。將主PT的二次剩余電壓繞組接成閉合三角形，在穩(wěn)態(tài)下三相電壓對稱，開

12、口角回路無電壓，一般可以將其短接，這樣，閉合三角形可以消除零序磁通（包括三次諧波）導致正常運行時的三相電壓不平衡和繼電器回路電壓超標的現(xiàn)象。如2006年12月21日與2007年3月22日永川供電局220kV茶店變電站II段、I段PT柜的兩次爆炸事故。4、第4類為系統(tǒng)出現(xiàn)超低頻振蕩過電流，零序電壓互感器承受的電流很大，一般是主PT繞組的三倍，使零序電壓互感器的熱容量不夠而燒壞。如2007年7月31日與2007年8月22日永川供電局110kV勝利變電站II段PT柜的兩次爆炸事故。二、“4PT”接線方式的改進與優(yōu)化方案針對接二連三出現(xiàn)的PT燒損事故，大連第一互感器廠進行了這方面的嘗試，對“4PT”接

13、線方式進行了改進與優(yōu)化，在工廠試驗室進行了動模試驗驗證，在遼寧鐵嶺供電局進行了現(xiàn)場試驗驗證，并在大連供電局和浙江衢州供電局掛網運行，效果顯著。改進與優(yōu)化方案涉及兩方面內容：a.接線方式的改進，即將主PT的二次開口角回路與零序PT的一個補償繞組串聯(lián)后接電壓繼電器。b.零序電壓互感器區(qū)別于主PT的參數(shù)設計，增大了直流電阻與交流勵磁阻抗。改進后，零序測量回路是三相PT（主PT）的開口三角與零序PT的一個測量繞組按正極性串聯(lián)的，它包含了三相PT的少部分零序電壓，測量要比原來精確，同時由于零序回路不是短接的，避免了因電容放電電流使開口角繞組熱容量不夠而燒壞的隱患，同時，通過改變零序電壓互感器的參數(shù)設計，

14、增大了直流電阻與交流勵磁阻抗，其熱容量得到增大，這樣可以有效的抑制超低頻振蕩過電流導致的零序電壓互感器燒壞，因此改進與優(yōu)化后的方案除保留了原“4PT”接線方式的消除鐵磁諧振和抑制超低頻振蕩功能外，還可以有效防止目前運行中經常出現(xiàn)的第3類、第4類障礙、事故的發(fā)生。圖2 優(yōu)化4PT方案原理接線圖附件3：真空斷路器“截流”和“重燃”問題說明真空斷路器因其具有維護量小、適合頻繁操作的特點而在12與40.5千伏電網中廣泛應用。但在其發(fā)展初期，由于真空斷路器的“截流”和“重燃”問題而限制了真空斷路器的系列發(fā)展。真空斷路器截流過電壓：當真空斷路器開斷電感電路中的小電流時，將產生截流過電壓。這種過電壓的產生是

15、由于真空斷路器在截流開斷后，負載內部將發(fā)生一個電磁振蕩過程，直到將所儲存的能量全部損耗完為止。在此振蕩過程中，負載兩端將出現(xiàn)一個過電壓?！敖亓鳌钡暮蠊饕情_斷感性負荷時產生過電壓危害絕緣。“截流”現(xiàn)象不是真空斷路器特有的，其它斷路器也存在，只是真空斷路器因其斷弧能力強而尤為突出。真空斷路器投切并聯(lián)電容器組時將出現(xiàn)重燃過電壓：“重擊穿”現(xiàn)象常發(fā)生在電弧熄滅后幾毫秒到幾秒，其后果主要是產生過電壓危害設備絕緣，開斷容性負荷電流時尤為嚴重。真空斷路器的“重擊穿”與其它斷路器不同，其它斷路器發(fā)生“重擊穿”時斷路器不能滅弧而必將爆炸，因此其它斷路器設計時就不允許“重擊穿”。真空斷路器發(fā)生“重擊穿”一般能

16、夠自行熄滅電弧而不一定爆炸，即真空斷路器“具有自衛(wèi)滅弧能力”，原因是真空電弧壓降比其它氣體電弧壓降低得多，其能量較小，但是“重擊穿”在電容設備上的過電壓具有惡性循環(huán)的后果。一次重擊穿過電壓為3Ugm, 二次重擊穿過電壓為5Ugm,依次擊穿過電壓按照7Ugm、9Ugm,增加，對于電容器是非常危險的。真空斷路器的重燃運行中會引起斷路器、電容器爆炸事故。在真空斷路器的發(fā)展初期，由于真空斷路器的重燃問題和截流問題較嚴重，引起的斷路器爆炸和開關柜絕緣損壞短路事故常有發(fā)生。為防止真空斷路器的操作過電壓，一般采取如下措施：1、在負荷端并聯(lián)RC保護裝置：在負荷進線端并聯(lián)電阻R和電容C的串聯(lián)保護裝置，可使操作過

17、電壓得到抑制。這是因為，電容器既可減緩過電壓的上升陡度，又可降低負載的波阻抗，因而可降低截流過電壓。而在發(fā)生截流時，電阻R能消耗負載電路中的高頻振蕩能量，使過電壓得到有效地抑制。需要指出的是，在實際運行中，在開關柜內采用RC保護裝置常常因裝置本身的質量問題引發(fā)開關柜短路事故，如江津供電公司110千伏富家變電站近幾年發(fā)生的幾次10千伏真空斷路器開關柜短路事故就是由于這一原因引起。2、加裝避雷器：采用避雷器是限制各種類型過電壓的有效措施。避雷器工作在伏-安特性的高歐姆狀態(tài)（高阻態(tài)），僅流過幾微安的容性電流，在過電壓襲擊下能急速轉入高導電狀態(tài)而產生對電流，一旦避雷器端電壓降到長期允許值以下，即恢復高

18、阻態(tài)。它不僅能防止累電流對電氣設備的危害，還特別適合各種操作過電壓，對保護電容器組免受操作過電壓的損害也特別有效。需要指出的是，在實際運行中，在開關柜內采用瓷外套式避雷器常常因避雷器發(fā)生爆炸而引發(fā)短路事故，因此，在開關柜內一般要求采用硅橡膠外套式氧化鋅避雷器。目前，已開發(fā)和制造出低截流水平、低重燃率的真空斷路器（序列號ZN12以上）。主要是真空滅弧室的性能在以下幾方面得到提高：第一，采用低截流水平的觸頭材料，使其截流水平通?？煽刂圃?.5-1A以下；第二，觸頭結構方面，縱向磁場觸頭結構和低截流水平觸頭材料的結合，既提高了真空斷路器的開斷能力，又降低了因截流而引起的操作過電壓；第三，制造工藝水平的改進和提高，尤其是一次封排技術的普遍采用及徹底的長時間的烘烤去氣和有效的