中壓開關柜內部弧光短路故障的危害及防護措施

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1、中壓開關柜內部弧光短路故障的危害及防護措施發(fā)布時間：2012-03-0815:25:28瀏覽次數(shù)：(23)1．引言近年來,中壓開關柜由于各種原因發(fā)生內部故障而被嚴重損壞、有的甚至發(fā)展成多組開關柜同時燒毀的“火燒連營”的事故；而主變壓器由于遭受外部短路電流沖擊損壞的事故也逐年增加，據(jù)統(tǒng)計，全國110kV及以上等級變壓器因外部短路故障造成損壞的事故已達到事故總數(shù)的50%以上。此外，開關柜內部弧光短路故障還可能波及站用直流系統(tǒng)發(fā)展為系統(tǒng)故障。這些時有發(fā)生的事故嚴重威脅著配電系統(tǒng)的安全經濟運行，已引起國內電力

2、部門的高度重視。[1-6]實際運行經驗表明，由于造成開關柜內部故障的原因很多，盡管采取了各種加強開關柜的措施，但由于開關柜弧光短路故障及引起的電力設備損壞仍時有發(fā)生。所以，除了嚴格保證開關設備的制造質量、按照相關規(guī)程進行正確維護和操作以外，還必須配置快速動作的保護裝置，一旦發(fā)生內部弧光短路故障能快速切除，最大限度的保護設備和人員免受嚴重傷害。本文首先簡要說明中壓開關柜的產生內部弧光故障的原因及故障特性；然后介紹開關柜內部弧光故障的危害及防護措施；最后提出對開關柜內部故障保護的中低壓母線保護的要求，并介

3、紹一種新型的電弧光中低壓母線保護系統(tǒng)。2．中壓開關柜內部弧光短路的故障特性2．1弧光短路故障的形成1）引起開關柜內部弧光短路的原因[1，2，8]引起開關柜內部弧光短路故障的原因很多，例如結構設計不合理、制造質量不佳、設備材料絕緣老化、機械磨損、運行條件惡劣（高溫、潮濕、污穢、化學侵蝕等）、用戶維護不當和誤操作、外力因素（小動物的進入、工具等外來物件遺漏在開關柜內等）、電網結構的改變（系統(tǒng)容量增大、接地方式的改變、電纜應用的增多、系統(tǒng)諧振過電壓、保護及自動裝置配置不當?shù)龋┑鹊?。因此，盡管開關設備發(fā)生內部

4、弧光故障的概率不高，但卻是不能完全排除的。而一旦發(fā)生開關柜內部弧光短路，會給附近操作人員和設備造成極大的危害。2.2電弧形成的四個階段中壓開關柜內部弧光故障的形成，將經歷以下四個階段：[7]第1階段，即是壓縮階段，持續(xù)時間約5~15ms。在這一階段溫度上升，并產生動態(tài)壓力波。第2階段，即是膨脹階段，持續(xù)時間約5~15ms。在這一階段短暫的時間內，因燃弧區(qū)和周圍空氣之間存在壓力差，開始產生氣流。第3階段，即是輻射排放階段，這一階段可能持續(xù)幾百毫秒。在這一階段由于電弧能量繼續(xù)輸入燃弧點，產生空氣流、氣流和

5、微粒流。這種強力高速氣流的熱量及所帶的熾熱微粒，內部電弧開始形成對外部的影響。第4階段，即是熱效應階段，亦即為燃弧的最后階段，它持續(xù)直至電弧熄滅。在這一階段最終包圍短路電弧的空氣幾乎達到電弧的溫度。從這一階段開始，大部分燃弧能量作用于開關設備的固體零部件。此時開關設備有燒穿的危險。故障清除后，這一階段隨之結束。2.3電弧的故障效應[7，8]開關柜內部故障電弧燃燒期間產生的電弧效應包括壓力效應、熱（燃燒）效應、輻射和聲效應，如圖1所示。這些電弧效應將損害開關設備，并可能對附近的工作人員造成傷害。圖1.故

6、障電弧效應及危害2.3.1壓力效應燃燒的電弧將周圍的空氣加熱，引致空氣急劇膨脹，并在開關柜內部產生巨大的壓力。在最壞的情形，開關柜的門可能被炸開，不牢固的開關柜側板、頂板以及建筑物的墻由于壓力可能會倒塌。此外，所產生的壓力也會使某些不牢固的或獨立的部件從開關柜中拋出，對附近工作人員造成傷害。在新的設計中已考慮到開關柜在能承受較高的壓力。在試驗中，測量的壓力已超過120kPa(1200kg/m2)，它是通過壓力釋放閥或開口來達到這一壓力耐受能力的。2.3.2熱效應電弧的熱（燃燒）效應作用于電極、柜門、柜

7、壁以及母線上。在這些地方，燃燒的氣體和熱粒子爆發(fā)到外界環(huán)境中去。燃燒的電弧將使電極材料熔化和蒸發(fā)。部分熔化的材料在周圍飛濺，其中一部分與空氣混合。作為電弧燃燒持續(xù)較長時間的地方，電極將最大程度地遭受這些熱點的作用。電弧的燃燒效應可能切開母線和導線，在門、墻或天花板上燃燒成洞，設備可能受到毀壞。除了電弧本身的燃燒效應以外，電弧可能引致建筑物材料或電纜火災。灼熱的氣體、甚至是燃燒著的氣體可能從開關柜中爆炸而出，引起設備損壞或人員傷害。由于灼熱氣體的熱輻射，站立在附近的工作人員的衣物可能著火。電弧燃燒所產生

8、的氣體也可能有毒的，因為它們可能包含例如象一氧化碳、銅或鋁的蒸氣。2.3.3輻射和聲效應來自電弧的直接輻射一般不會對人員產生直接的危險。這是因為輻射水平低于危險水平（25W/cm2）。然而，電弧燃燒所以產生的明亮的光可能引起暫時性的失明，它連同大的爆破聲效應可能引起工作人員休克，而這也將增加傷害的危險性。3．開關柜內部弧光短路故障的危害開關柜發(fā)生弧光短路故障的產生的危害，主要表現(xiàn)在造成現(xiàn)場工作人員的傷害，對開關設備及鄰近配電設備的損害這二方面。3.1弧光