水電廠10 kV高壓開關柜的改造

董笑波，張曉華

(河北省桃林口水庫管理局水電廠，河北 秦皇島 066400)

某電廠裝機容量為2×10.5 MW，于1998年投入運行。原10 kV高壓開關柜是KYN1-10金屬鎧裝開關設備，采用戶內少油斷路器，落手車式，屬常規保護。從使用情況來看，此種設備不僅在技術上落后，而且其關鍵設備和核心設備存在老化現象明顯、故障頻繁等問題，對系統的安全運行造成了一定的威脅。

1 原高壓開關柜的常見故障

1.1 接觸不良

原10 kV高壓開關柜采用鴨嘴形動觸頭，長期運行后因觸指強度不夠或某個觸指突出而使大部分觸指和靜觸頭接觸不良，造成局部過熱，使彈簧針特性變壞。另外，靜觸頭或動觸頭在長期使用過程中，相互間的機械磨損導致觸頭接觸面減少，這也導致高壓開關柜接觸不良。

1.2 保護拒動或誤動

原高壓開關柜因操動機構存在卡澀、部件變形或者位移、脫扣裝置失靈等故障，端子排也因使用傳統的螺絲而造成松動或脫落，最終造成保護拒動或誤動。此外，原保護采用常規的保護措施，其靈敏度和準確度都存在問題。

1.3 關鍵設備老化

高壓開關柜的關鍵設備在長期運行中，因事故短路斷開或重合導致其密封性能破壞，或者由于操動不當而損傷設備的內部構件，這些都將使設備元件老化、變質，高壓開關柜關鍵設備的整體性能也會隨之降低，成為引發安全事故的誘因。

1.4 斷路器隱患

原高壓開關柜的斷路器是少油斷路器，存在因漏油而不能在安全滅弧情況下切斷事故電路的情況。如不能及時發現，會造成斷路器爆炸而引起火災事故。

1.5 絕緣隱患

原高壓開關柜的母排均由瓷瓶固定，高壓和低壓設備未完全隔離。在實際運行中，避雷器、手車、PT手車等不可避免地會受到潮濕空氣、塵土污垢、震動等外部因素影響，如果在長期運行中突遭事故，極有可能因其絕緣性能降低而對安全造成威脅。

以上分析表明：上述幾種高壓開關柜的常見故障已嚴重影響了系統的正常運行，給機組安全帶來了隱患，對高壓開關柜的改造勢在必行。

2 改造后的高壓開關柜特性

改造后的高壓開關柜是由錦州錦開電器集團有限公司生產的KY28-12鎧裝式交流金屬封閉設備，采用VS1(ZN63A)戶內真空斷路器，屬微機保護，具有安全、可靠、滅弧穩定、受環境影響小的優點，適用于頻繁操作的工作條件。

2.1 主要技術參數

主母線額定電流：1 250 A；

額定電壓：12 kV；

額定短路開斷電流：31.5 kA；

額定電流：50 A；

額定峰值耐受電流：80 kA；

額定短時耐受電流：31.5 kA；

額定短時耐受時間：4 s。

2.2 防護等級

改造后的高壓開關柜柜體材料分別采用進口覆鋁鋅板和優質冷軋鋼板，能有效防止事故擴散。當斷路器室門打開、手車移開時，防護等級為IP2X，可保護人身安全和設備的可靠運行。當高壓開關柜所有門關閉時，通過雙重設置，可保證高壓開關柜前與柜后的防護等級為IP4X。

2.3 戶內真空斷路器

改造后的高壓開關柜采用VS1戶內真空斷路器，它具有以下特點。

(1) 真空絕緣強度高，熄弧能力強，燃弧時間短，全分斷時間也短。

(2) 熄弧時間短，觸頭電磨損小，分斷次數多，電壽命長，適于頻繁操作，其觸頭不受外界有害氣體的侵蝕。

(3) 觸頭開距小，減小了操動機構的操動功，延長了機械壽命。

(4) 結構簡單，在使用期限內，觸頭部分不需檢修，即使檢修也十分簡便，需要的時間較短。

(5) 體積小，重量輕。

(6) 環境污染小，開斷在密封容器內進行，電弧生成物不會污染周圍環境，操作時也沒有嚴重噪音。沒有易燃、易爆介質，無爆炸、火災危險。

2.4 溫升問題

高壓開關柜要承受1 250 A額定電流，由于一次元器件通常處于密封的柜內，柜內溫度升高，會造成元件燒毀。新的高壓開關柜除了提高制造工藝外，還在電氣連接面上采取涂抹導電膏、鍍銀等措施，避免元件燒毀。

中置柜安裝了VS1系列真空斷路器手車，動靜觸頭采用鍍銀梅花嵌套式結構，具有良好的導向性，提高了過流能力和滅弧穩定性。

2.5 絕緣問題

高壓開關柜內全部連接線、套管、端子排、隔板、活門、絕緣件以及護套等所有附件都采用耐火阻燃材料。真空斷路器的真空滅弧室縱向安裝在一個管狀的絕緣筒內，絕緣筒由環氧樹脂采用自動壓力凝膠(APG)工藝澆注而成，耐爬電性能優越。這種結構大大減少了粉塵在真空滅弧室表面的聚積，不僅可防止真空滅弧室受到外部環境因素的影響，還可確保在濕熱或嚴重污垢環境下對電壓效應呈現高阻態。

母線從一個開關柜引至另一個開關柜時，在柜體連接處用熱縮套管覆蓋。這種結構具有耐壓高、耐爬電性能強、防潮性能好的優點。

2.6 特定的導軌

斷路器手車室安裝有特定的導軌，配套專門的運轉車，通過掛鉤和導向桿實現導軌與運轉車、運轉車與柜體相連。調節手輪可調整運轉車導軌面與柜體內導軌面的一致性，這樣減少了斷路器手車的沖撞力，避免動靜觸頭不在一個水平面上而引發接觸不良等問題，具有操動簡便、安全可靠的特點。

2.7 高壓開關柜內布置

高壓開關柜內的母線室、繼電器室、斷路器室手車室、電纜室，均為單獨的隔離小室，按金屬鎧裝結構制造，金屬擱板可靠接地。

在柜體中明確區分了手車的工作位置、實驗位置和斷開位置，手車在各位置均能自動鎖位或安全接地。為保證檢修安全，手車室內設計有自動鎖扣和開啟功能的電氣型金屬簾板，可滿足手車斷路器與母排側、電纜側同時自動隔離的要求。手車能在開關柜門關閉的情況下操作，通過門上的觀察窗可清楚看到手車所處的位置、合分閘狀態指示器和儲能/釋放狀況指示器。

2.8 微機保護功能

改造后的10 kV系統保護由常規保護升級到了微機保護，維護調試方便。保護功能由程序完成，具有很強的自檢功能，一旦發現硬件損壞就會發出警報。微機保護的高可靠性完全能夠滿足電力系統的要求，且易于獲得附加功能。通過配置顯示屏、網絡提供電力系統故障信息，有助于運行部門對事故的分析和處理。靈活性高，只需通過改變軟件來改變保護的性能和功能，充分利用了計算機的智能特點。保護性能得到了改善，動作更加可靠、靈敏，大大降低了拒動、誤動的概率。

除上述技術改進外，改造后的高壓開關柜還滿足了“五防”聯鎖的要求，柜內所有絕緣部件均采用大爬距產品，10 kV所有進出線均加計量表計。整個柜體采取嚴密的安全措施，避免了人為誤操作的可能。加工和裝配后的柜體具有整齊、牢固和美觀的特點。

3 結束語

2012年2月，該水電廠對新設備進行了安裝、調試，使用一段時間后發現，更新后的10 kV高壓開關柜與原高壓開關柜相比，在操作可靠性、簡便性及開關柜內部設備的運行、保護等方面都得到了較大的提升，提高了系統運行的穩定性、安全性及可靠性，同時還為庫區防汛及生產、生活用電提供了有力的保障。