蔡孝理

湖南平高開(kāi)關(guān)有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410006

1 電弧故障產(chǎn)生的概述

電弧的發(fā)展與電弧電導(dǎo)或弧阻有較大的關(guān)系。反過(guò)來(lái)，導(dǎo)通回路的阻抗變化也會(huì)導(dǎo)致電弧的產(chǎn)生。

在眾多開(kāi)關(guān)柜電弧事故中，導(dǎo)體連接處的觸點(diǎn)松動(dòng)是一個(gè)常見(jiàn)的電弧誘發(fā)因素。接觸點(diǎn)的電阻與導(dǎo)體接觸面面積相關(guān)，也與施加在觸點(diǎn)上的壓力相關(guān)。正常額定電流流過(guò)故障連接處的高阻區(qū)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致觸點(diǎn)的溫度升高。這種局部溫升會(huì)增加連接處導(dǎo)體的氧化率；同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)體膨脹；這又會(huì)進(jìn)一步增加連接處所承受的熱應(yīng)力。當(dāng)連接處電流降低后，連接點(diǎn)就會(huì)冷卻下來(lái)，此時(shí)連接處導(dǎo)體會(huì)發(fā)生一定程度的收縮。連接處材料的反復(fù)膨脹和收縮會(huì)導(dǎo)致接觸點(diǎn)松動(dòng)。接觸點(diǎn)的松動(dòng)和氧化又會(huì)使導(dǎo)體連接處的電阻進(jìn)一步升高[1]。

在有腐蝕性空氣或振動(dòng)的場(chǎng)合，會(huì)進(jìn)一步增大接觸點(diǎn)的故障率。其他常見(jiàn)原因還有絕緣材料的劣化和臟污。實(shí)際中，很多電弧故障都不是由人身接觸引起的，并且大部分都會(huì)經(jīng)歷一個(gè)緩慢發(fā)展、并最終導(dǎo)致電弧故障的過(guò)程[2]。

2 10kV開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部電弧故障的危害

10kV開(kāi)關(guān)柜發(fā)生內(nèi)部短路故障時(shí)，其電弧溫度可達(dá)2×104℃，燃燒的電弧將周圍的空氣加熱，引起空氣膨脹，并在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部產(chǎn)生巨大的壓力，可能造成的危害如下：

（1）開(kāi)關(guān)柜內(nèi)銅排、鋁排在高溫下熔毀、氣化；（2）開(kāi)關(guān)柜內(nèi)電纜及其他元器件著火、熔毀；（3）開(kāi)關(guān)柜設(shè)備強(qiáng)烈振動(dòng)，使固定元件松脫；（4）開(kāi)關(guān)柜內(nèi)相對(duì)氣體壓力急劇上升可達(dá)250kPa，極易造成爆炸；（5）開(kāi)關(guān)柜爆炸產(chǎn)生的金屬和非金屬材料碎片飛射，造成人身傷害；（6）附近的工作人員被高溫?zé)破つw，強(qiáng)光刺傷眼睛；（7）電弧產(chǎn)生大量的有害氣體，對(duì)運(yùn)行、檢修人員呼吸系統(tǒng)造成傷害；此外，相鄰的開(kāi)關(guān)柜也可能受高溫、高壓沖擊而損壞，嚴(yán)重者可引起10 kV 高壓開(kāi)關(guān)室內(nèi)火災(zāi)，擴(kuò)大了故障范圍。

3 10kV開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部電弧故障的保護(hù)對(duì)策

3.1 內(nèi)部故障檢測(cè)方法分析

3.1.1 電路敲擊法

電路敲擊法是在電力設(shè)備正常帶電運(yùn)行中進(jìn)行的，工作人員利用橡皮小錘輕輕敲擊運(yùn)行中的設(shè)備，可以判斷出敲擊設(shè)備及其附近設(shè)備的性能是否處在良好狀態(tài)。如果元件經(jīng)過(guò)敲擊后發(fā)生異常情況，就說(shuō)明其內(nèi)部存在故障隱患，需要工作人員采取進(jìn)一步措施來(lái)找出故障的具體部位和故障因素。

3.1.2 圖形分析法

電力設(shè)備的設(shè)計(jì)圖中包括著設(shè)備結(jié)構(gòu)、運(yùn)行原理、安裝方式以及維修養(yǎng)護(hù)方法等各種信息。這些設(shè)計(jì)圖在電力設(shè)備故障檢修時(shí)會(huì)發(fā)揮出非常重要的作用。工作人員在檢修中壓開(kāi)關(guān)柜故障時(shí)需要以設(shè)備的圖紙作為依據(jù)，來(lái)找出故障的位置和原因。

3.1.3 排除法

故障排除法就是工作人員在對(duì)電力設(shè)備各個(gè)元件的檢修中，經(jīng)過(guò)一層層地分析逐步排除運(yùn)行狀態(tài)正常的部件，縮小故障范圍，最終確定故障位置的方法?？梢詫⒐收吓懦ň唧w分為兩種形式，其一是順推理故障排除法，就是對(duì)電源、設(shè)備、電路等逐一進(jìn)行故障查找的方式；其二是逆推理故障排除法，這種方法的原理與順推理正好相反，就是由故障元件倒推至電路、電源的方法。

3.2 加強(qiáng)母線保護(hù)

加強(qiáng)專用母線保護(hù)，定期檢測(cè)開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行電流是防止電弧故障的有效措施之一。相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，安裝完母線保護(hù)裝置后，系統(tǒng)會(huì)阻斷電弧燃燒產(chǎn)生的紅外線、紫外線以及可見(jiàn)光，從而顯著降低了開(kāi)關(guān)柜的內(nèi)部壓力，縮小了開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部電弧故障的影響范圍。加強(qiáng)母線保護(hù)的防護(hù)措施操作比較簡(jiǎn)單、成本較低，而且不會(huì)造成任何污染，所以是當(dāng)前我國(guó)電力行業(yè)應(yīng)用于開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部故障電弧防護(hù)中的重要方法。

3.3 應(yīng)用自動(dòng)保護(hù)裝置

工作人員應(yīng)該在電力系統(tǒng)故障檢修中應(yīng)用自動(dòng)保護(hù)裝置，有利于檢修人員在短時(shí)間內(nèi)鎖定故障位置、找出故障原因；當(dāng)電力系統(tǒng)開(kāi)關(guān)柜出現(xiàn)故障電弧時(shí)，自動(dòng)保護(hù)裝置就會(huì)迅速切斷開(kāi)關(guān)柜與其他電力設(shè)備的連接，防止開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部故障電弧影響擴(kuò)大，減少不利影響和危害。而且應(yīng)用自動(dòng)保護(hù)裝置還能客觀反映出電力系統(tǒng)運(yùn)行中的異常情況，可以將實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，如果發(fā)現(xiàn)異常情況就會(huì)發(fā)出差異信號(hào)，便于檢修人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障、排除故障[3]。

3.4 加強(qiáng)系統(tǒng)的日常檢修

工作人員應(yīng)該定期對(duì)電力系統(tǒng)中的各種設(shè)備進(jìn)行檢查，排除故障。電力行業(yè)檢修工作中常見(jiàn)的措施主要有低壓保護(hù)和電流保護(hù)等。目前我國(guó)電力部門多采用狀態(tài)檢修的方式，這種檢修方式可以直接反映出電力設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，為后期的檢修提供重要參考。狀態(tài)檢修就是利用電力設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的差異性來(lái)幫助檢修人員采用科學(xué)的防護(hù)措施。狀態(tài)檢修方式的優(yōu)點(diǎn)有維修效率較高、維修成本降低等。開(kāi)關(guān)柜電弧故障是在短時(shí)內(nèi)發(fā)生的，所以在檢修時(shí)應(yīng)該對(duì)短路保護(hù)裝置進(jìn)行重點(diǎn)檢查，從而保證當(dāng)發(fā)生電弧故障時(shí)能夠及時(shí)將故障元件與其他設(shè)備切斷開(kāi)來(lái)。

3.5 人身安全電弧防護(hù)

可從以下幾個(gè)方面考慮現(xiàn)場(chǎng)工作人員的安全：

（1）遠(yuǎn)程操作，避免人機(jī)接觸以防止日常操作過(guò)程中出現(xiàn)的人為錯(cuò)誤；（2）合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與維護(hù)；（3）正確地培訓(xùn)、詳盡的安全步驟，以提高安全意識(shí)；（4）精確測(cè)試，采用在線監(jiān)測(cè)和診斷系統(tǒng)；（5）備存記錄；（6）應(yīng)用減少電弧危害的新設(shè)備與新技術(shù)；（7）使用合理的個(gè)人防護(hù)裝備；（8）遵守安全法規(guī)，標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)措施。

總之，為了減小電弧危害、加強(qiáng)電弧防護(hù)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部故障電弧進(jìn)行了長(zhǎng)期、持續(xù)的研究，主要包括探究電弧特性、分析電弧危害、建模仿真、試驗(yàn)測(cè)試等，不斷地豐富著故障電弧理論，從而推動(dòng)著電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的發(fā)展。