電力系統中的高低壓開關柜檢驗技術

尤振華

摘要：高低壓開關柜作為電力系統中的重要組成部分，需要保證自身正常運行才能確保整個電力系統的順暢運行。在目前電力系統規模不斷擴大來滿足人們日益增長的電能需求的形勢下，電力系統中的高低壓開關數量和種類也在不斷增加，這也增加了此類裝置的故障問題。而對其故障原因進行分析可知，其中其自身質量原因比較關鍵。為此，在使用高低壓開關柜之前需要結合其常見故障做好檢驗處理工作，也就是合理應用相應的檢驗技術，提前發現此類設備的質量問題并進行故障排除或更換，保障整個電力系統的穩定與可靠運行。

關鍵詞：電力系統;高低壓;檢驗技術

1 高低壓開關柜的電氣檢驗

針對電力系統中的高低壓開關柜，有著明確的國家標準對其電氣性能的檢驗項目進行了詳細的規定。具體地說所需要開展的檢驗項目主要有例行檢驗和全面型式檢驗兩種，對于前者來說，就是檢驗制造開關柜所需要的材料、元器件以及結構和工藝等，將其與設計要求對比，確保其符合要求并保證產品的整體可靠性和性能。對于后者來說，則重點是對其性能以及額定值進行檢驗并對國家相關標準進行對比，如其中的絕緣性能、短路性能以及溫升等檢驗項目。

2 常見故障

目前電力系統中所應用的高低壓開關柜的數量和種類在不斷增多，同時也增加了其運行中的故障概率和數量，總結起來主要有以下幾種常見故障：（1）拒動和誤動故障。此種故障會對高低壓開關柜作用的發揮造成影響并且會引發對電力系統的危害，表現出現機械故障而導致其傳動系統運行不暢的問題，或者是由于出現比較多的控制指令錯誤問題而造成其電氣控制回路運行不暢的問題。（2）關合與開關故障。此故障通常是由相應斷路器本身出現問題而導致的，不僅會影響高低壓開關柜的正常運行，甚至會損壞整個電力系統。（3）絕緣故障。此類故障比較常見，主要表現出會降低開關柜的絕緣性能，從而會對開關柜的正常運行造成影響，導致運行不暢故障，甚至會導致其出現安全事故。這主要由于其本身存在質量缺陷，或者是受到雷擊等外界因素影響而導致出現了絕緣故障缺陷問題。

3 檢驗技術的應用

3.1 絕緣性能檢驗

對于高低壓開關柜來說，絕緣性能使其比較關鍵的性能指標，因此這也時開展例行檢驗以及全面型式檢驗的重點檢驗項目，在上述檢驗項目內容中的工頻耐壓實驗就是采取對電壓值和施加電壓時間進行實驗的方式來對開關柜的相間和相對遞減、斷口間的絕緣性能進行考核與驗證的實驗，同時也可以對此類產品在具體應用過程中的絕緣性能進行等效考核與驗證，主要是驗證其在實際使用中長時間通電發熱以及操作過程中的絕緣性能水平，還有在長時間使用中其表面受到塵埃和水汽侵蝕時對絕緣性能造成影響的抵抗能力。

在相應的國家標準中只是在型式檢驗項目中對沖擊耐壓實驗進行了明確規定，這主要由于此實驗開展中會受到實驗條件和設備等因素的影響，在按照規定要求進行設備安裝之后，通過沖擊耐壓試驗的開展，主要是考核驗證此類設備對實際操作過程中出現過電壓或者是受到雷擊等外界因素干擾時出現的脈沖型高電壓的承受能力。此外，由于電力系統運行中除了受到上述因素的影響還會受到越來越嚴重的諧振過電壓影響，而且此類影響因素越來越復雜，主要有參數諧振過電壓、鐵磁諧振過電壓以及有線性過電壓等，不僅類型比較復雜，而且過電幅值也在不斷提升，并且還受到中性點接地方式的影響。這就需要結合國家相應標準中針對額定電壓為7.2kV產品絕緣水平的設備標準和技術要求，在試驗開展中將短時工頻耐受電壓值從23kV提升到30kV，并且提升隔離斷口到34kV，而且在上述試驗過程中也不需要在考慮中性點接地方式、快波前與緩波前過電壓作用程度、過電壓限制裝置等方式，同時還可以刪除額定雷電沖擊的耐受電壓值中的較低值，并且使用60kV和70kV來分別代替原有的通用值40kV和隔離斷口46kV。

3.2 短路性能試驗

此種試驗是對開關柜設備的額定短路接通開關能力和額定短時耐受電流能力進行檢驗的試驗項目，也就是檢驗在電力系統出現短路或過載較大等異常現象時，能夠保證高低壓開關柜接通且在規定時間內承載和斷開故障電流的能力。由于在上述操作中主要是利用開關柜中的斷路器等內部執行元件來完成，但是在實際的試驗中也只能對高低壓開關柜整體性能的額定短時耐受電流能力指標的影響因素進行分析，也就是檢驗開關柜運行中在短路電流處于規定范圍內時出現的焦耳熱和相應的熱應力、電動應力等數值。而代表開關柜設備的額定短時耐受電流能力的指標主要是峰值耐受電流和短時耐受電流，并且按照國家標準規定，對于低壓開關柜來說，需要保證在短路電路超過50kA時，保證上述兩個指標的數值比例為2.2，試驗電流持續時間為1s。如果是高壓開關柜，則要求上述數值比例更高，且持續時間為4s。在上述試驗過程中需要對電力系統出現短路故障時的狀態進行模擬，而且條件要更加苛刻，這也足以證明此項指標對于開關柜設備安全運行的重要作用。這主要由于在出現短路故障時會在瞬間產生高達幾十kA的短路電流且持續時間比較長，這也會產生非常大的焦耳熱而加速絕緣材料的老化并降低絕緣性能。而且所用的銅材在溫度超過90℃的環境中就會表現出機械性能大幅下降的現象，同時此類發熱問題還會增加導體連接接觸面變形問題而引起的接觸電阻，而上述非常大的短路電路也會產生非常大的電動力，在此電動力的影響下會導致其內部絕緣件的斷裂和柜體、母排的變形問題，甚至會改變電氣見習和爬電距離，降低絕緣水平。如果是采用抽屜柜，在上述電動力的影響下還會造成接插頭變形以及彈跳問題，這會對抽屜式元器件造成拉弧燒損。如果是配電開關柜，也由于其存在實現上下級選擇性短路保護的功能要求而需要開展此試驗。這主要是通過此試驗項目對開關設備的動、熱穩定性進行檢測，對此類設備在短路延時過程中的I2t所產生焦耳熱的承受能力進行檢測，還可以對上述焦耳熱所產生熱應力和峰值電流產生的電動力的承受能力進行檢測，也就是要保證在短時耐受電流能力的檢驗之后還能保證產品可以正常使用。但是由于此類試驗可能會對產品的性能和可靠性造成損壞，而且在試驗開展中對其所用試驗設備和供電條件等要求也較高，因此也僅僅將其作為型式試驗開展。

3.3 溫升檢驗

此檢驗項目主要是對開關柜設備在長時間處于額定電流工作狀態下相關規定部件的溫升情況進行試驗檢測，檢測其是否在規定的溫升極限范圍之內，同時還對鐵磁與載流部件出現損耗而發熱時是否會對載流部件和相鄰部件造成損壞以及降低產品的絕緣水平、影響產品性能等進行檢驗。這主要由于在開關柜在額定電流下經過長時間運行之后不可避免會產生緩慢的溫升現象，如果上述現象出現異常而出現了溫升超過規定范圍的情況也會加速絕緣件的老化速度并降低絕緣性能。上述問題主要是在開關柜的結構、載流部件連接和主電路界面等影響下產生，這也需要通過型式試驗來檢驗開關柜整機的溫升情況，保證其在標準范圍之內。此外，由于試驗設備、多種標準連接電纜或銅排等因素會限制溫升試驗，因此也只能在型式試驗中開展。

4 結語

鑒于電力系統中應用數量和種類不斷增多的高低壓開關柜及其對電力系統正常運行的重要作用，需要在使用此類設備之前做好檢驗工作。尤其是針對其在運行中容易出現的拒動、誤動、關合與開關、絕緣故障等，需要做好絕緣性能檢驗、短路性能檢驗以及溫升檢驗等型式檢驗，還要通過例行檢驗來確保此類開關柜設備的性能與運行安全。

參考文獻

[1] 馬宏.高低壓開關柜電氣檢驗項目分析[J].電工電氣，2015（12）：56-58.

[2] 管留生.關于低壓開關柜智能化的思索[J].電氣技術，2006（11）：11-13.