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电容器投切过电压引起的开关故障分析

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2008/3/21 16:27:12   

 关键词:  过电压 电容器 故障分析


文章标题:电容器投切过电压引起的开关故障分析
摘要:本文介绍了一起由于投切电容器产生过电压,所导致的开关柜内部故障。对故障原因作了初步分析。认为部分进口紧凑型开关柜存在绝缘问题。进口35kv开关一般需经过改造才能在国内35kv系统使用。
关键词:过电压开关柜故障分

1引言
  真空断路器由于结构紧凑、允许的机械及电气寿命较油开关存在明显的优势,故此,近年来在国内10kv及35kv系统中得到了广泛的应用,尤其应用在投切电容器组方面。但根据现有的运行经验,国产35kv真空开关,无论设计水平、还是制造工艺上都相对欠缺,尤其是操动机构的可靠性方面急需进一步的提高。而进口35kv真空开关其制造工艺及机械电气性能都较优,但国外35kv系统多为接地系统,生产的系列产品其绝缘性能多不能满足我国的35kv电压等级的要求。国内部分合资厂家引进技术,经过加强绝缘,生产的35kv真空开关,保留了进口开关的许多优点,同时满足了国内35kv电压等级的绝缘要求,性能相对可靠。但由于进口开关原设计结构的限制,绝缘改进后的产品仍有部分技术性能不能满足国内有关技术要求,此类设备的运行也存在一定的隐患。下面就一起投切电容器过电压引起的进口铠装真空开关绝缘故障作具体分析。
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图1故障发生时的运行方式

2故障前运行方式及保护监控信号
  故障发生时的运行方式如图1所示。各电容器参数见表1。各电容器自投产冲击试验至事故发生时,累计操作次数见表2。
表1各电容器参数
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表2各电容器自投产冲击试验至事故发生时的累计操作次数
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2.1保护及监控动作情况
  #1电容器和#4电容器相继由运行改热备用,之后,162ms内出现35kvi、ii段母线瞬时接地。#4电容器ia越高限(电流380.752a);ib越高限(电流379.873a)。#1主变35kvab相电压uab为36.590kv。35kv母差交流电压回路断线动作,35kv母差保护动作,35kv母分开关分,#2电容器开关分。
2.2故障现象
  检查开关室,#4电容器柜有烟雾,#4电容器开关小车拉至柜外,发现#4电容器开关内部故障,开关本体烧毁,c相特别严重。开关母线侧三相短路,35kv母差保护动作。检查#4电容器组设备完好,发现#4电容器组避雷器三相各动作一次。避雷器的型号为y5wr-51/134。

3故障断路器解体测试
3.1试验仪器
绝缘电阻测试仪:型号pc270-2h 使用2500档
150kv工频耐压设备如下:
直流电阻测试仪:型号mom600a 瑞典
开关机械特性测试仪:型号x-bt100 德国
3.2测量绝缘电阻
在故障断路器未作任何处理情况下测试,绝缘电阻测量数据如表3所示。
表3故障断路器处理前的绝缘电阻
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  用棉布浸无水酒精清洗三相绝缘筒及触臂,同时将棉布从绝缘筒上端伸入,清洗绝缘筒内表面和真空灭弧室外表面。绝缘筒外表面碳黑基本清除,清洗后,用电吹风吹干。再次测量绝缘电阻,测量结果如表4所示。
表4故障断路器处理后的绝缘电阻
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3.3工频耐压试验
3.3.1断口试验
断口试验的接线方式为:开关上触臂接高压,下触臂接地。测量结果如表5所示。
表5故障断路器断口试验结果
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3.3.2机械操作及特性试验
机械操作及特性试验的测量结果如表6所示。
表6机械操作及特性试验测量结果
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三相真空灭弧室外包热缩套割去后,进行工频耐压试验。测量结果如表7所示。
表7去除热缩套后的工频耐压试验测量结果
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c相真空灭弧室开距拉大至14mm,工频耐压为88kv,外部闪络。经过实测,开关主要绝缘部件爬距如表8所示。
表8开关主要绝缘部件爬距测量结果
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破开a、c相真空灭弧室检查发现,灭弧室动静触头及屏蔽罩崭新,未发现触头烧损现象。

4故障原因分析
  对于电源中性点不接地系统中开断中性点接地的电容器,产生过电压的分析如下。
设a相电流过零时,首先开断。此时a相电源电压为最大值em,令em=1。经过半个工频周期时的各点电压如图2(a)所示。此时,(a-a'''')间恢复电压为3,若重燃并在高频电流第一次过零时熄弧,a''''点有最大电位为-3。再经过半个工频周期,各点电压如图2(b)所示。a点电位升至+3,(a-a'''')间恢复电压达6。按照上述分析方法,分析a、b两相先后断开时的过电压,可知先后开断的过电压比一相开断后两相同时开断时要高。可见,开断电容器时,有可能产生的操作过电压是比较高的。
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图2电源中性点不接地系统a相先开断电容器
  根据上述分析,结合试验数据及开关解体检查情况分析,我们发现故障是由于该断路器断口及绝缘拉爬距严重不足造成的。爬距不到国标规定的35kv加强绝缘有机绝缘爬距810mm、瓷绝缘爬距729mm的一半的要求。同时断口工频耐压水平裕度较小。在系统出现过电压的情况下,容易出现绝缘事故。根据烧损断路器的外观检查,我们认为开关故障主要原因是产品出厂时外绝缘存在绝缘隐患,在开断#4电容器时,由于出现电弧重燃,产生暂态过电压,引起灭弧室外部绝缘闪络。在开关外绝缘筒内壁填充绝缘固化发泡材料,增加断口间绝缘水平。采取上述措施后断路器顺利投入运行。

5结论
  5.1进口35kv开关一般按照不接地系统设计,投入国内35kv系统运行必须需经过绝缘改造。
  5.235kv紧凑式开关内外绝缘裕度不足,尤其受灭弧室结构限制,灭弧室爬距常不能满足要求,需采取有效措施改善断口间绝缘强度。
  5.3投切电容器的真空开关须经过电流老化和投切试验后,方能投入系统运行。◎

参考文献
[1]谢广润.《电力系统过电压》北京水利电力出版社,1994
[2]徐国政钱家骊等.《高压断路器原理和应用》北京清华大学出版社,1989

来源:电气商情网
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