水电厂10 kV高压开关柜的改造

2014-03-23董笑波张晓华

电力安全技术 2014年6期

董笑波，张晓华

(河北省桃林口水库管理局水电厂，河北秦皇岛 066400)

某电厂装机容量为2×10.5 MW，于1998年投入运行。原10 kV高压开关柜是KYN1-10金属铠装开关设备，采用户内少油断路器，落手车式，属常规保护。从使用情况来看，此种设备不仅在技术上落后，而且其关键设备和核心设备存在老化现象明显、故障频繁等问题，对系统的安全运行造成了一定的威胁。

1 原高压开关柜的常见故障

1.1 接触不良

原10 kV高压开关柜采用鸭嘴形动触头，长期运行后因触指强度不够或某个触指突出而使大部分触指和静触头接触不良，造成局部过热，使弹簧针特性变坏。另外，静触头或动触头在长期使用过程中，相互间的机械磨损导致触头接触面减少，这也导致高压开关柜接触不良。

1.2 保护拒动或误动

原高压开关柜因操动机构存在卡涩、部件变形或者位移、脱扣装置失灵等故障，端子排也因使用传统的螺丝而造成松动或脱落，最终造成保护拒动或误动。此外，原保护采用常规的保护措施，其灵敏度和准确度都存在问题。

1.3 关键设备老化

高压开关柜的关键设备在长期运行中，因事故短路断开或重合导致其密封性能破坏，或者由于操动不当而损伤设备的内部构件，这些都将使设备元件老化、变质，高压开关柜关键设备的整体性能也会随之降低，成为引发安全事故的诱因。

1.4 断路器隐患

原高压开关柜的断路器是少油断路器，存在因漏油而不能在安全灭弧情况下切断事故电路的情况。如不能及时发现，会造成断路器爆炸而引起火灾事故。

1.5 绝缘隐患

原高压开关柜的母排均由瓷瓶固定，高压和低压设备未完全隔离。在实际运行中，避雷器、手车、PT手车等不可避免地会受到潮湿空气、尘土污垢、震动等外部因素影响，如果在长期运行中突遭事故，极有可能因其绝缘性能降低而对安全造成威胁。

以上分析表明：上述几种高压开关柜的常见故障已严重影响了系统的正常运行，给机组安全带来了隐患，对高压开关柜的改造势在必行。

2 改造后的高压开关柜特性

改造后的高压开关柜是由锦州锦开电器集团有限公司生产的KY28-12铠装式交流金属封闭设备，采用VS1(ZN63A)户内真空断路器，属微机保护，具有安全、可靠、灭弧稳定、受环境影响小的优点，适用于频繁操作的工作条件。

2.1 主要技术参数

主母线额定电流：1 250 A；

额定电压：12 kV；

额定短路开断电流：31.5 kA；

额定电流：50 A；

额定峰值耐受电流：80 kA；

额定短时耐受电流：31.5 kA；

额定短时耐受时间：4 s。

2.2 防护等级

改造后的高压开关柜柜体材料分别采用进口覆铝锌板和优质冷轧钢板，能有效防止事故扩散。当断路器室门打开、手车移开时，防护等级为IP2X，可保护人身安全和设备的可靠运行。当高压开关柜所有门关闭时，通过双重设置，可保证高压开关柜前与柜后的防护等级为IP4X。

2.3 户内真空断路器

改造后的高压开关柜采用VS1户内真空断路器，它具有以下特点。

(1) 真空绝缘强度高，熄弧能力强，燃弧时间短，全分断时间也短。

(2) 熄弧时间短，触头电磨损小，分断次数多，电寿命长，适于频繁操作，其触头不受外界有害气体的侵蚀。

(3) 触头开距小，减小了操动机构的操动功，延长了机械寿命。

(4) 结构简单，在使用期限内，触头部分不需检修，即使检修也十分简便，需要的时间较短。

(5) 体积小，重量轻。

(6) 环境污染小，开断在密封容器内进行，电弧生成物不会污染周围环境，操作时也没有严重噪音。没有易燃、易爆介质，无爆炸、火灾危险。

2.4 温升问题

高压开关柜要承受1 250 A额定电流，由于一次元器件通常处于密封的柜内，柜内温度升高，会造成元件烧毁。新的高压开关柜除了提高制造工艺外，还在电气连接面上采取涂抹导电膏、镀银等措施，避免元件烧毁。

中置柜安装了VS1系列真空断路器手车，动静触头采用镀银梅花嵌套式结构，具有良好的导向性，提高了过流能力和灭弧稳定性。

2.5 绝缘问题

高压开关柜内全部连接线、套管、端子排、隔板、活门、绝缘件以及护套等所有附件都采用耐火阻燃材料。真空断路器的真空灭弧室纵向安装在一个管状的绝缘筒内，绝缘筒由环氧树脂采用自动压力凝胶(APG)工艺浇注而成，耐爬电性能优越。这种结构大大减少了粉尘在真空灭弧室表面的聚积，不仅可防止真空灭弧室受到外部环境因素的影响，还可确保在湿热或严重污垢环境下对电压效应呈现高阻态。

母线从一个开关柜引至另一个开关柜时，在柜体连接处用热缩套管覆盖。这种结构具有耐压高、耐爬电性能强、防潮性能好的优点。

2.6 特定的导轨

断路器手车室安装有特定的导轨，配套专门的运转车，通过挂钩和导向杆实现导轨与运转车、运转车与柜体相连。调节手轮可调整运转车导轨面与柜体内导轨面的一致性，这样减少了断路器手车的冲撞力，避免动静触头不在一个水平面上而引发接触不良等问题，具有操动简便、安全可靠的特点。

2.7 高压开关柜内布置

高压开关柜内的母线室、继电器室、断路器室手车室、电缆室，均为单独的隔离小室，按金属铠装结构制造，金属搁板可靠接地。

在柜体中明确区分了手车的工作位置、实验位置和断开位置，手车在各位置均能自动锁位或安全接地。为保证检修安全，手车室内设计有自动锁扣和开启功能的电气型金属帘板，可满足手车断路器与母排侧、电缆侧同时自动隔离的要求。手车能在开关柜门关闭的情况下操作，通过门上的观察窗可清楚看到手车所处的位置、合分闸状态指示器和储能/释放状况指示器。

2.8 微机保护功能

改造后的10 kV系统保护由常规保护升级到了微机保护，维护调试方便。保护功能由程序完成，具有很强的自检功能，一旦发现硬件损坏就会发出警报。微机保护的高可靠性完全能够满足电力系统的要求，且易于获得附加功能。通过配置显示屏、网络提供电力系统故障信息，有助于运行部门对事故的分析和处理。灵活性高，只需通过改变软件来改变保护的性能和功能，充分利用了计算机的智能特点。保护性能得到了改善，动作更加可靠、灵敏，大大降低了拒动、误动的概率。

除上述技术改进外，改造后的高压开关柜还满足了“五防”联锁的要求，柜内所有绝缘部件均采用大爬距产品，10 kV所有进出线均加计量表计。整个柜体采取严密的安全措施，避免了人为误操作的可能。加工和装配后的柜体具有整齐、牢固和美观的特点。