中壓開關(guān)柜內(nèi)部弧光短路故障的危害及防護(hù)措施

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1、中壓開關(guān)柜內(nèi)部弧光短路故障的危害及防護(hù)措施發(fā)布時(shí)間：2012-03-0815:25:28瀏覽次數(shù)：(23)1．引言近年來,中壓開關(guān)柜由于各種原因發(fā)生內(nèi)部故障而被嚴(yán)重?fù)p壞、有的甚至發(fā)展成多組開關(guān)柜同時(shí)燒毀的“火燒連營(yíng)”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(jì)，全國(guó)110kV及以上等級(jí)變壓器因外部短路故障造成損壞的事故已達(dá)到事故總數(shù)的50%以上。此外，開關(guān)柜內(nèi)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(shí)有發(fā)生的事故嚴(yán)重威脅著配電系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，已引起國(guó)內(nèi)電力部門的高度重視。[1-6]實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，由于造成開關(guān)柜內(nèi)部故障的原因很多，盡管采取了各種

2、加強(qiáng)開關(guān)柜的措施，但由于開關(guān)柜弧光短路故障及引起的電力設(shè)備損壞仍時(shí)有發(fā)生。所以，除了嚴(yán)格保證開關(guān)設(shè)備的制造質(zhì)量、按照相關(guān)規(guī)程進(jìn)行正確維護(hù)和操作以外，還必須配置快速動(dòng)作的保護(hù)裝置，一旦發(fā)生內(nèi)部弧光短路故障能快速切除，最大限度的保護(hù)設(shè)備和人員免受嚴(yán)重傷害。本文首先簡(jiǎn)要說明中壓開關(guān)柜的產(chǎn)生內(nèi)部弧光故障的原因及故障特性；然后介紹開關(guān)柜內(nèi)部弧光故障的危害及防護(hù)措施；最后提出對(duì)開關(guān)柜內(nèi)部故障保護(hù)的中低壓母線保護(hù)的要求，并介紹一種新型的電弧光中低壓母線保護(hù)系統(tǒng)。2．中壓開關(guān)柜內(nèi)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(guān)柜內(nèi)部弧光短路的原因[1，2，8]引起開關(guān)柜內(nèi)部弧光短路故障的原因很多，例

3、如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、制造質(zhì)量不佳、設(shè)備材料絕緣老化、機(jī)械磨損、運(yùn)行條件惡劣（高溫、潮濕、污穢、化學(xué)侵蝕等）、用戶維護(hù)不當(dāng)和誤操作、外力因素（小動(dòng)物的進(jìn)入、工具等外來物件遺漏在開關(guān)柜內(nèi)等）、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的改變（系統(tǒng)容量增大、接地方式的改變、電纜應(yīng)用的增多、系統(tǒng)諧振過電壓、保護(hù)及自動(dòng)裝置配置不當(dāng)?shù)龋┑鹊?。因此，盡管開關(guān)設(shè)備發(fā)生內(nèi)部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(guān)柜內(nèi)部弧光短路，會(huì)給附近操作人員和設(shè)備造成極大的危害。2.2電弧形成的四個(gè)階段中壓開關(guān)柜內(nèi)部弧光故障的形成，將經(jīng)歷以下四個(gè)階段：[7]第1階段，即是壓縮階段，持續(xù)時(shí)間約5~15ms。在這一階段溫度上升，并產(chǎn)生動(dòng)態(tài)壓力波。

4、第2階段，即是膨脹階段，持續(xù)時(shí)間約5~15ms。在這一階段短暫的時(shí)間內(nèi)，因燃弧區(qū)和周圍空氣之間存在壓力差，開始產(chǎn)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(diǎn)，產(chǎn)生空氣流、氣流和微粒流。這種強(qiáng)力高速氣流的熱量及所帶的熾熱微粒，內(nèi)部電弧開始形成對(duì)外部的影響。第4階段，即是熱效應(yīng)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(dá)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(guān)設(shè)備的固體零部件。此時(shí)開關(guān)設(shè)備有燒穿的危險(xiǎn)。故障清除后，這一階段隨之結(jié)束。2.3電弧的故障效應(yīng)[7，8]開關(guān)柜內(nèi)部故障電弧燃燒期間

5、產(chǎn)生的電弧效應(yīng)包括壓力效應(yīng)、熱（燃燒）效應(yīng)、輻射和聲效應(yīng)，如圖1所示。這些電弧效應(yīng)將損害開關(guān)設(shè)備，并可能對(duì)附近的工作人員造成傷害。圖1.故障電弧效應(yīng)及危害2.3.1壓力效應(yīng)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(guān)柜內(nèi)部產(chǎn)生巨大的壓力。在最壞的情形，開關(guān)柜的門可能被炸開，不牢固的開關(guān)柜側(cè)板、頂板以及建筑物的墻由于壓力可能會(huì)倒塌。此外，所產(chǎn)生的壓力也會(huì)使某些不牢固的或獨(dú)立的部件從開關(guān)柜中拋出，對(duì)附近工作人員造成傷害。在新的設(shè)計(jì)中已考慮到開關(guān)柜在能承受較高的壓力。在試驗(yàn)中，測(cè)量的壓力已超過120kPa(1200kg/m2)，它是通過壓力釋放閥或開口來達(dá)到這一壓力耐受能力的。2.3.2

6、熱效應(yīng)電弧的熱（燃燒）效應(yīng)作用于電極、柜門、柜壁以及母線上。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(zhǎng)時(shí)間的地方，電極將最大程度地遭受這些熱點(diǎn)的作用。電弧的燃燒效應(yīng)可能切開母線和導(dǎo)線，在門、墻或天花板上燃燒成洞，設(shè)備可能受到毀壞。除了電弧本身的燃燒效應(yīng)以外，電弧可能引致建筑物材料或電纜火災(zāi)。灼熱的氣體、甚至是燃燒著的氣體可能從開關(guān)柜中爆炸而出，引起設(shè)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(chǎn)生的氣體也可能有毒的，因?yàn)樗鼈兛赡馨缦笠谎?/p>

7、化碳、銅或鋁的蒸氣。2.3.3輻射和聲效應(yīng)來自電弧的直接輻射一般不會(huì)對(duì)人員產(chǎn)生直接的危險(xiǎn)。這是因?yàn)檩椛渌降陀谖ｋU(xiǎn)水平（25W/cm2）。然而，電弧燃燒所以產(chǎn)生的明亮的光可能引起暫時(shí)性的失明，它連同大的爆破聲效應(yīng)可能引起工作人員休克，而這也將增加傷害的危險(xiǎn)性。3．開關(guān)柜內(nèi)部弧光短路故障的危害開關(guān)柜發(fā)生弧光短路故障的產(chǎn)生的危害，主要表現(xiàn)在造成現(xiàn)場(chǎng)工作人員的傷害，對(duì)開關(guān)設(shè)備及鄰近配電設(shè)備的損害這二方面。3.1弧光