開關柜是電力系統配電網的重要組成部分,其運行安全直接關系到系統的穩定性。多種原因會引起開關柜運行狀態的惡化從而引發電力系統出現故障,因此對開關柜的運行狀態進行在線監測,及時發現故障隱患并對累積性故障做出預測,對于保證開關柜的正常運行,減少維修次數,提高電力系統的運行可靠性和自動化程度都有重要意義。
常見的開關柜故障包括以下幾類:
(1)誤動、拒動類故障。拒動故障主要是機構等機械原因;誤動故障主要是二次控制回路原因;
(2)關合與開斷故障。故障是斷路器的本體造成的,不同的斷路器類型有著不同的故障特征;
(3)載流故障。觸頭燒融、插件偏心等,導致原因一般為開關柜的隔離插頭接觸不良;
(4)絕緣故障。主要是缺陷、爬電、閃絡等;
(5)外力及其他故障。如加工工藝不良等。
絕緣與載流故障比率約在30%-50%之間,都是與放電現象密切相關的,因此對中高壓開關設備實施放電檢測可顯著減少故障概率。
導致開關柜故障的因素主要有以下幾種:
(1)工藝和質量原因:開關柜整體的耐壓水平在很大的程度上受制造及裝配的質量影響。由于裝配質量不高,開關柜內的部分元件可以通過試驗,但開關柜的整體不能通過試驗。比如說:緊固螺絲不規則;支持瓷柱的緊固底板呈“T"型,絕緣距離被縮短,電場在局部集中。開關柜的五防系統并不完備,并不能形成明顯的合、分閘位置,可能造成誤合、分閘。另外,支持瓷柱得質量和動穩定性能不高,有可能會斷裂于短路電流沖擊,擴大事故范圍。
(2)自然環境的原因:高壓開關柜的周圍自然環境是影響其安全穩定運行的重要因素之一,隨著社會的不斷進步,空氣污染的不斷加劇,電力設備的套管、母線、絕緣子等隨著空氣的污染被污穢。經過分析,污閃事故的主要存在兩個原因:一是絕緣子的表面雖然附著著灰塵,但是在環境干燥的時候不會發生污閃,因為其仍存在較高的絕緣電阻。清潔水的阻值也很高,即使清潔的絕緣子受潮,但其仍有較高的絕緣程度,也不易產生污閃。正常情況下,如果長時間的干燥氣候,母線及絕緣子積累的污垢增多,此時如遇霧霆天氣,而且霧霆天氣的時間比較長,一般在2至3小時左右,絕緣子上的污穢物足夠潮濕了,污閃的概率就大大提高了。二是絕緣子串的泄漏間距較小,不適應潮濕和污穢的運行條件。
(3)接觸不良或接點容量不足原因:當接點容量不足或接觸不良時,局部溫度升高,甚至可能會燒斷并引起相間或對地放電。
(4)雷電過電壓造原因:雷云放電引起過電壓造成開關柜爆炸。
(5)空氣間隙及爬距不足:有些開關柜為了減小柜體的尺寸,在沒有采取有效的絕緣措施的情況下,縮減斷路器隔離插頭的相間、對地距離。
據調查,多數電力設備的故障時絕緣性故障。根據1989-1997年我國開關柜故障結果統計表明,35.47%的開關柜故障是其絕緣事故引起,極大威脅開關柜的安全運行,也給電網的可靠性帶來了挑戰。僅山東電網2005到2011年的6年間就發生了各類開關絕緣故障43次,占開關故障總數的17.2%,其中110-220kV開關絕緣故障占26.47個百分點;10-35kV開關絕緣故障占73.53個百分點。由數據統計結果得知,開關柜的絕緣故障己經成為開關類故障的重要形式。但是就當是條件來說,如果想了解設備的絕緣情況,一般要進行停電周期性耐壓試驗。需要在停電時檢測,這樣便不能很好的在機械力、熱場和電場共同作用下顯示絕緣狀態發生漸變的過程,不但可能會浪費大量的人力、財力,而且判斷不一定準確,甚至為大面積停電事故留下隱患。
進入21世紀以來,診斷開關柜進行局部放電在線監測的絕緣故障的方法可謂是多種多樣,層出不窮。測試發現,局部放電的幅值、放電的重復率以及放電能量都與固體絕緣的新舊狀態有著密切的聯系,可以被當做檢測絕緣狀態的一種工具。另外,通過局部放電的在線監測長期不間斷觀察并測試開關柜設備的絕緣狀態,綜合分析局部放電特征量的變化趨勢,可以判斷開關柜工作時是否處于安全狀態。如果發現局部放電幅值或重復率發生異常顯著增長,即可斷定開關柜中存在比較危險的絕緣故障,函需停電并進行相應地維修。綜上,局部放電在線監測既為設備的故障與否提供了重要的判斷依據,也避免了周期性試驗的盲目性、信息缺失性。局部放電在線監測(將成為未來開關柜絕緣監測及診斷技術的發展方向。