10 kV開(kāi)關(guān)柜過(guò)電壓保護(hù)器故障原因分析與處理

趙士永

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北曹妃甸 063000）

引言

當(dāng)前，在鋼鐵公司10 kV 配電系統(tǒng)中較多采用TBP 三相組合式帶間隙過(guò)電壓保護(hù)器，該設(shè)備用于保護(hù)電力設(shè)備絕緣免受過(guò)電壓危害，其特點(diǎn)在限制相地之間過(guò)電壓的同時(shí)，又能對(duì)相間過(guò)電壓進(jìn)行有效的限制。然而在應(yīng)用過(guò)程中因采用常規(guī)預(yù)防性試驗(yàn)手段未能檢測(cè)出內(nèi)部缺陷而導(dǎo)致幾起過(guò)電壓保護(hù)器燒毀的事故，造成生產(chǎn)大面積停產(chǎn)，產(chǎn)生不好的影響，應(yīng)予以避免。

1 故障概述

2019年7月25日某鋼鐵公司10 kV 一出線(xiàn)柜速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘，引起10 kV 配電系統(tǒng)出現(xiàn)電壓暫降，造成多處用戶(hù)因配電系統(tǒng)低電壓停機(jī)，生產(chǎn)大面積停產(chǎn)。工作人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后檢查發(fā)現(xiàn)，10 kV開(kāi)關(guān)柜B、C 相過(guò)壓保護(hù)器及出線(xiàn)處接線(xiàn)母排端頭有明顯過(guò)熱放電痕跡。由此判斷設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)電壓造成TBP 過(guò)電壓保護(hù)器擊穿，引起B(yǎng)、C兩相相間短路放電，放電部位見(jiàn)圖1。

2 對(duì)同類(lèi)型過(guò)電壓保護(hù)器解體檢查和試驗(yàn)分析

2.1 解體檢查分析

圖1 故障放電部位

通過(guò)對(duì)同類(lèi)型TBP 過(guò)電壓保護(hù)器現(xiàn)場(chǎng)解體后發(fā)現(xiàn),過(guò)電壓保護(hù)器間隙與氧化鋅閥片放置在硅橡膠套筒內(nèi)，套筒采用螺紋緊固，周?chē)妹芊饽z密封，由于未采用真空澆注封裝工藝，造成間隙中有空氣存在（見(jiàn)圖2）。在過(guò)電壓保護(hù)器每次動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生“呼吸”現(xiàn)象，將外部空氣吸入后引起間隙電極受潮腐蝕和部分氧化鋅閥片受潮先老化，閥片吸收過(guò)電壓能力嚴(yán)重下降。同時(shí)，由于間隙表面受潮產(chǎn)生銹蝕層（見(jiàn)圖3、圖4），絕緣距離變小，最終可能導(dǎo)致過(guò)電壓保護(hù)器在工作過(guò)程中發(fā)生損壞，嚴(yán)重的會(huì)造成開(kāi)關(guān)柜燒毀。該TBP 沒(méi)有配置放電次數(shù)記錄裝置，所以不能清楚地知道過(guò)電壓保護(hù)器動(dòng)作與否，即便有了動(dòng)作次數(shù)記錄功能，也只能反映出間隙的壽命，還是不能了解氧化鋅閥片的具體情況。

圖2 組裝結(jié)構(gòu)密封不嚴(yán)

圖3 間隙電極受潮腐蝕

圖4 硅橡膠密封失效

2.2 對(duì)同類(lèi)型過(guò)電壓保護(hù)器進(jìn)行試驗(yàn)分析

根據(jù)10 kV 電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程和設(shè)備生產(chǎn)廠(chǎng)家規(guī)定，有間隙過(guò)電壓保護(hù)器試驗(yàn)項(xiàng)目只有3項(xiàng)：絕緣電阻的測(cè)量、底座絕緣電阻的測(cè)量、工頻放電電壓的測(cè)量。通過(guò)對(duì)同類(lèi)型過(guò)電壓保護(hù)器進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)（見(jiàn)表1），交流試驗(yàn)結(jié)果為17 kV，符合標(biāo)準(zhǔn)。但現(xiàn)場(chǎng)將過(guò)電壓保護(hù)器內(nèi)部氧化鋅閥片單獨(dú)拆出后，對(duì)氧化鋅閥片單獨(dú)做直流1 mA參考電壓U1mA，試驗(yàn)結(jié)果為7.8 kV，低于標(biāo)準(zhǔn)8.4 kV。采用交流耐壓的方法，此方法實(shí)質(zhì)只能檢驗(yàn)間隙放電的動(dòng)作電壓，動(dòng)作電壓在合格范圍內(nèi)即判定正常。但是從拆出內(nèi)部單獨(dú)氧化鋅閥片的直流試驗(yàn)結(jié)果看，該過(guò)電壓保護(hù)器已有老化趨勢(shì)不符合使用要求，但在不拆解過(guò)電壓保護(hù)器僅通過(guò)常規(guī)預(yù)防性試驗(yàn)已不能有效識(shí)別有間隙氧化鋅閥片老化趨勢(shì)的問(wèn)題，所以應(yīng)對(duì)使用年限較長(zhǎng)的過(guò)電壓保護(hù)器進(jìn)行解體抽檢，分析其內(nèi)部的劣化現(xiàn)象，不能過(guò)分依賴(lài)預(yù)防性試驗(yàn)結(jié)果。

表1 帶間隙和無(wú)間隙過(guò)電壓保護(hù)器試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)比表

3 解決方案及措施

（1）為了解決目前公司10 kV 配電系統(tǒng)中過(guò)電壓保護(hù)器存在的隱患，針對(duì)目前所用TBP 三相組合式帶間隙過(guò)電壓保護(hù)器存在的固有缺陷，結(jié)合年度高壓電氣預(yù)防性試驗(yàn)工作，對(duì)放電電壓變化較大的過(guò)電壓保護(hù)器進(jìn)行更換升級(jí)；同時(shí)，對(duì)同類(lèi)型的過(guò)電壓保護(hù)器進(jìn)行20%抽檢，對(duì)發(fā)現(xiàn)閥片存在腐蝕老化現(xiàn)象的過(guò)電壓保護(hù)器進(jìn)行升級(jí)換代，消除過(guò)電壓保護(hù)器的潛在隱患。

（2）鑒于原有TBP 三相組合式帶間隙過(guò)電壓保護(hù)器檢測(cè)手段的局限性，與上海合凱、西安神電、西門(mén)子及ABB 等過(guò)電壓保護(hù)器廠(chǎng)家進(jìn)行技術(shù)交流。目前，各生產(chǎn)廠(chǎng)家已將產(chǎn)品升級(jí)為有計(jì)數(shù)器、帶故障脫離器的無(wú)間隙過(guò)電壓保護(hù)器。升級(jí)后，可以通過(guò)放電次數(shù)和檢測(cè)泄漏電流的技術(shù)手段提前發(fā)現(xiàn)過(guò)電壓保護(hù)器的老化現(xiàn)象；同時(shí)，通過(guò)安裝故障脫離器，在過(guò)電壓保護(hù)器本體故障時(shí)2 ms 內(nèi)自動(dòng)與10 kV 系統(tǒng)脫離，防止故障擴(kuò)大化，徹底解決影響10 kV 配電系統(tǒng)的問(wèn)題。將10 kV 系統(tǒng)中的三相組合式過(guò)電壓保護(hù)器逐步進(jìn)行升級(jí)改進(jìn)，從根本上解決此類(lèi)問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

過(guò)電壓保護(hù)器是配電系統(tǒng)的重要組成部分，可以有效的保護(hù)電氣設(shè)備，給電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)保證，因此解決過(guò)電壓保護(hù)器在使用過(guò)程中出現(xiàn)的故障缺陷，提高其可靠性，是電力設(shè)備維護(hù)工作的重點(diǎn)工作之一。