高压开关设备的类型及常见故障分析
高压开关设备是电力系统中的关键电气设备。开关设备操作性能下降是电力系统故障的主要原因之一。高压开关设备常见的故障有哪些?
(1) 户外型和户内型
根据安装环境,高压开关设备可分为户外型和户内型。10 kV及以下等级的设备大多安装在室内。根据一次电路配置,它们可以进一步分类为进线/出线开关设备、联络油开关设备、母线分段开关设备等。
户内10 kV进线/出线开关设备通常采用少油或真空断路器。这些断路器通常配备弹簧或电磁操作机构,但也有一些使用手动或永磁操作机构。不同的开关设备设计结构差异显著,直接影响传感器的选择和安装。
(2) 固定式和抽屉式
根据使用和设计的不同,高压开关设备可以分为固定式和抽屉式(抽出式)。历史上,发电厂更倾向于在站用系统中使用抽屉式开关设备,而固定式则更多用于公用电力供应系统。
随着技术的进步和新产品的开发,传统做法正在演变。例如,金属封闭铠装抽屉式开关设备是从固定式开关设备发展而来的。这种类型的开关设备具有全封闭设计,功能区分开。它提高了操作安全性,改进了防误操作联锁,并简化了维护工作,大大提高了操作可靠性。
(3) 高压开关设备的发展
近年来,随着紧凑型真空断路器的进步和广泛应用,中置式开关设备(也称为“中置抽屉单元”的开关设备)作为一种新型金属封闭铠装抽屉式开关设备迅速发展。
中置式开关设备有几个优点,最显著的是抽屉单元的小型化和机械化制造过程,这使得手车与导轨之间的对准更加精确。一些制造商甚至将断路器手车和柜体分别发货,便于现场组装和调试,具有很高的可靠性。
由于良好的互换性,这些开关设备受安装场地地面平整度的影响较小。凭借高操作可靠性和方便的维护,中置式金属封闭铠装抽屉式开关设备在供电系统中越来越被广泛采用。
二、高压开关设备的常见故障分析
高压开关设备的故障主要来自绝缘、电流导通和机械系统的问题。
(1) 拒动或误动
这是高压开关设备中最常见的故障类型,主要有两个主要原因:
操作机构和传动系统的机械故障,如机构卡滞、部件变形、移位或损坏;闭合/跳闸柱塞松动或卡滞;销钉断裂或松动;以及闩锁失效。
控制和辅助电路的电气故障,包括二次接线接触不良、端子松动、接线错误、闭合/跳闸线圈烧毁(由于机构卡滞或选择开关故障)、辅助开关故障以及控制电源、闭合接触器或限位开关的故障。
(2) 分合闸故障
这些故障源于断路器本身。
在少油断路器中,常见问题包括短路时喷油、灭弧室损坏、开断能力不足以及闭合时爆炸。
在真空断路器中,典型故障包括灭弧室或波纹管泄漏、真空度降低、切换电容器组时重燃以及陶瓷管破裂。
(3) 绝缘故障
绝缘性能必须正确平衡作用于绝缘的各种电压(包括正常运行电压和瞬态过电压)、保护措施(如避雷器)和绝缘材料的介电强度。目标是实现安全、经济且成本效益高的设计。
常见的绝缘故障包括:
外部绝缘对地闪络
内部绝缘对地闪络
相间闪络
雷电过电压引起的闪络
瓷套或电容套管的闪络、污染闪络、击穿或爆炸
支撑杆的闪络
电流互感器(CT)的闪络、击穿或爆炸
瓷绝缘子断裂
(4) 导电故障
在7.2–12 kV电压等级下,导电故障主要是由隔离刀闸(接头)处接触不良导致的接触发热和熔化。
(5) 外力及其他故障
这些故障包括由异物撞击、自然灾害、动物引起的短路以及其他不可预测的外部或意外因素造成的故障。