10 kV开关柜过电压保护器故障原因分析与处理

2020-10-22赵士永

冶金动力 2020年9期

赵士永

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北曹妃甸 063000）

引言

当前，在钢铁公司10 kV 配电系统中较多采用TBP 三相组合式带间隙过电压保护器，该设备用于保护电力设备绝缘免受过电压危害，其特点在限制相地之间过电压的同时，又能对相间过电压进行有效的限制。然而在应用过程中因采用常规预防性试验手段未能检测出内部缺陷而导致几起过电压保护器烧毁的事故，造成生产大面积停产，产生不好的影响，应予以避免。

1 故障概述

2019年7月25日某钢铁公司10 kV 一出线柜速断保护动作跳闸，引起10 kV 配电系统出现电压暂降，造成多处用户因配电系统低电压停机，生产大面积停产。工作人员到达现场后检查发现，10 kV开关柜B、C 相过压保护器及出线处接线母排端头有明显过热放电痕迹。由此判断设备运行过程中出现过电压造成TBP 过电压保护器击穿，引起B、C两相相间短路放电，放电部位见图1。

2 对同类型过电压保护器解体检查和试验分析

2.1 解体检查分析

图1 故障放电部位

通过对同类型TBP 过电压保护器现场解体后发现,过电压保护器间隙与氧化锌阀片放置在硅橡胶套筒内，套筒采用螺纹紧固，周围用密封胶密封，由于未采用真空浇注封装工艺，造成间隙中有空气存在（见图2）。在过电压保护器每次动作时产生“呼吸”现象，将外部空气吸入后引起间隙电极受潮腐蚀和部分氧化锌阀片受潮先老化，阀片吸收过电压能力严重下降。同时，由于间隙表面受潮产生锈蚀层（见图3、图4），绝缘距离变小，最终可能导致过电压保护器在工作过程中发生损坏，严重的会造成开关柜烧毁。该TBP 没有配置放电次数记录装置，所以不能清楚地知道过电压保护器动作与否，即便有了动作次数记录功能，也只能反映出间隙的寿命，还是不能了解氧化锌阀片的具体情况。

图2 组装结构密封不严

图3 间隙电极受潮腐蚀

图4 硅橡胶密封失效

2.2 对同类型过电压保护器进行试验分析

根据10 kV 电气设备预防性试验规程和设备生产厂家规定，有间隙过电压保护器试验项目只有3项：绝缘电阻的测量、底座绝缘电阻的测量、工频放电电压的测量。通过对同类型过电压保护器进行预防性试验（见表1），交流试验结果为17 kV，符合标准。但现场将过电压保护器内部氧化锌阀片单独拆出后，对氧化锌阀片单独做直流1 mA参考电压U1mA，试验结果为7.8 kV，低于标准8.4 kV。采用交流耐压的方法，此方法实质只能检验间隙放电的动作电压，动作电压在合格范围内即判定正常。但是从拆出内部单独氧化锌阀片的直流试验结果看，该过电压保护器已有老化趋势不符合使用要求，但在不拆解过电压保护器仅通过常规预防性试验已不能有效识别有间隙氧化锌阀片老化趋势的问题，所以应对使用年限较长的过电压保护器进行解体抽检，分析其内部的劣化现象，不能过分依赖预防性试验结果。

表1 带间隙和无间隙过电压保护器试验项目对比表

3 解决方案及措施

（1）为了解决目前公司10 kV 配电系统中过电压保护器存在的隐患，针对目前所用TBP 三相组合式带间隙过电压保护器存在的固有缺陷，结合年度高压电气预防性试验工作，对放电电压变化较大的过电压保护器进行更换升级；同时，对同类型的过电压保护器进行20%抽检，对发现阀片存在腐蚀老化现象的过电压保护器进行升级换代，消除过电压保护器的潜在隐患。

（2）鉴于原有TBP 三相组合式带间隙过电压保护器检测手段的局限性，与上海合凯、西安神电、西门子及ABB 等过电压保护器厂家进行技术交流。目前，各生产厂家已将产品升级为有计数器、带故障脱离器的无间隙过电压保护器。升级后，可以通过放电次数和检测泄漏电流的技术手段提前发现过电压保护器的老化现象；同时，通过安装故障脱离器，在过电压保护器本体故障时2 ms 内自动与10 kV 系统脱离，防止故障扩大化，彻底解决影响10 kV 配电系统的问题。将10 kV 系统中的三相组合式过电压保护器逐步进行升级改进，从根本上解决此类问题。