浅谈电弧短路的故障分析及对策

浅谈电弧短路的故障分析及对策

贺温煊,郭斌军,齐永洋,熊岩,张俊雄

中建八局西南公司610041

摘要：目前，已经有越来越多的企业投资建立企业内部检测实验室。极限通断能力测试项目是低压电器产品的重要必测项目，也是体现低压电器产品质量能力的关键指标，在产品的测试过程中，发现影响低压电器极限通断能力的因素有很多，本文从测试试验量值因素入手，对各个可能影响因素进行理论分析。本文的目的是探讨如何在实验室已有设备条件下，能够严格按照标准控制极限通断能力试验的干扰因素，使得试验满足预期要求。

关键词：电弧短路；故障分析；对策

引言

随着电力系统配电网的快速发展，稳定、可靠的电能供应成为配电网供电的不断追求，10kV高压开关柜以其运行可靠、操作方便等特点，在配电网中被广泛使用。然而，由于操作不当或厂家制造工艺存在缺陷等问题易导致10kV开关柜发生内部短路电弧故障，引发爆炸事故。为了减少短路电弧故障引发的爆炸事故造成的二次伤害，开关柜大都采用隔离舱室设计，每个独立舱室均配有独立的泄能通道。GB3906—2006把10kV开关柜内部短路电弧燃弧试验列为强制性试验，以此检验开关柜的安全性能是否达标。

1真空断路器的基本结构

真空断路器是利用高真空作为灭弧介质，通过密封在真空中的一对动静触头来实现电力电路通断的一种电真空器件，主要由屏蔽罩、触头与其金属连接件、瓷套、波纹管等部件组成。真空断路器触头结构简单，一般主触头为圆柱形，在周围设置有螺旋状灭弧花纹，利用电流自身的磁场与灭弧花纹拉长电弧而熄灭电弧。

2电弧短路的故障分析

以目前国内电力系统运行模式进行分析，开关柜装置是有着极其重要的用途，在开关内出现电弧故障后，这是会带来较为显著的破坏作用，其中产生的直接危害是会导致相关柜中元件出现损毁问题，因此会对开关柜的稳定运行造成显著的负面影响。此外，也是会让其所在的电力系统有着运行故障问题，甚至会对有关工作人员的生命安全带来潜在的威胁，这是开关柜中出现电弧故障所引发的最大危害问题。有鉴于此，在10kV开关柜中生成电弧故障后，这是会有着较强的危害风险，既是造成电力系统突发运行故障后果，也是会对有关工作人员的生命安全带来隐患。在探讨现有10kV开关柜中出现的电弧故障时，概述其故障生成的以下常态原因：首先是因为开关柜自身有着绝缘问题而引发的电弧故障，既是可能因为设备本身存在问题，也是可能由于使用时间过长而让其绝缘能力出现不断减弱的状态。同时也是要关注开关柜中电气回路方面的影响要素，假如电器回路产生问题，这是可能使得一些元件出现松动后产生电弧故障现象。同时结合具体分析结论能够了解到，要高度关注由于人为因素而产生的电弧故障现象，大量电弧故障的出现，均是与有关工作人员不当操作的人为因素间存在紧密关联，同时考量电路系统的线路主要是出现在户外环境中，某些鸟类等生物也是会对其产生相应的负面影响。

3电弧短路的故障对策

3.1扩展弧光检测单元

控制单元设置扩展端口，选择专用控制电缆将多个扩展弧光检测单元进行连接操作，计算现场中10kV开关柜的数量，能够灵活应用扩展弧光检测单元。在控制单元中提供具备不同扩展弧光检测单元指向性的指示灯功能，然后也对弧光信号进行检测操作。而且扩展弧光检测单元同样有着指示灯功能，能够显示相应的检测到弧光的探头位置。如果出现开关柜电弧故障现象后，可以参考点亮的指示灯快速锁定10kV开关柜中的故障区段，能够显著减少故障处理时间。

3.2变压器保护系统

变压器保护包括过流、油温过高、重瓦斯、轻瓦斯、有载开关重瓦斯、施压器动作，1#、2#冷却器全停、变压器油位过低过高。并将这些实时状态通过I/O输入输出端口送入PLC，实现PLC自动检测与记录，同时，PLC还检测和记录高压操作断路器的跳、合闸状态。通过PLC软件功能，油I/O输入输出端口发出事故音响预告、灯光预告指示和高压跳闸。当变压器发生过流、重瓦斯、有载开关重瓦斯、总进水压力低，1#、2#冷却器全停故障时，以及在炉体180倾体出钢时，变压器高压断路器跳闸继电器动作，并作用于高压操作断路器跳闸回路，对变压器进行保护。

3.3日常巡检

（1）检查高压真空断路器操作机构是否正常，合闸指示是否正确。（2）各种联锁保护及信号继电器是否正常。（3）电流表、电压表、综保、各种指示灯是否正常。1.4.2经常性的检查（1）断路器投用以后应按照有关的运行规范对断路器进行经常性的检查。（2）每周维护日，在主机停机状态下，将高压柜旋钮旋至“就地”，将断路器小车从“工作位置”退出至“试验位置”，检查断路器小车各电气，机械元件是否完好。（3）检查各部件螺栓的紧固情况，及时拧紧松动的螺栓。经常检查储能电机，合闸线圈，分闸线圈的运行工况。

3.4尝试开关柜快速灭弧器

快速灭弧器属于主动式电弧故障保护装置，可以明显减少在电力系统中出现电弧事故的高温环境给相关设备产生的损坏问题。相较于系统只是应用传统电流保护举措而言，这种电弧故障的保护装置是选择一次主元件与检测控制装置的构成方式，检测控制装置可以在2ms之内有效将故障弧光信号与故障电流信号进行检测，一次主元件在1.5ms之内获取动作指令，把一次系统中三相主回路进行断路处理，同时展开接地操作，能够瞬间让故障区域中的电弧电压消失，由此会在极短时间内将故障电弧熄灭，从而降低因此而产生的破坏问题

3.5结构设计

采用相同技术路线设计了方案A与方案B两款接触器，区别主要在于产品体积的大小。方案A(大体积高性能)与方案B(小体积紧凑型)均采用相同的磁吹灭弧的方式，在有限的空间内布置栅片灭弧室。通过灭弧室栅片将电弧切割为多段短弧，从而提升弧隙初始介电强度，同时栅片(如铜栅片、铁磁栅片、陶瓷等)具有加强冷却以图3方案A正视图与俯视图及表面复合作用。对于大电流分断(如额定电流)，栅片灭弧室所产生的磁驱动力以及永磁体产生的磁场(左手定则)将电弧拉伸由空气冷却，同时借助灭弧系统的压力梯度驱动燃弧气体向两侧排出，至预先设置的流道腔体。最后，利用接触器上部与下部灭弧空腔以及金属杯进一步加强电弧的冷却。这种方案采用类似于内腔出气的方式，大大减轻上部灭弧室的压力，降低产品爆炸风险，并且能够使高温燃弧气体有效流动循环冷却。这样不仅拥有更大的灭弧空间、更短的燃弧时间、更高的电弧电压，而且燃弧气体的流动将金属颗粒以及碳化杂质聚集在接触器下部腔体，保证了上部主腔体的洁净度以及绝缘性能。

结束语

本文以电弧炉控制系统为基础，对电弧炉炼钢中的电弧炉电极调节系统，展开了全面的理论分析。包括电弧炉电极调节系统、控制系统所采用的控制策略的仿真以及分析了哪种控制策略更可行。得出的恒阻抗控制原则己应用到大多数的电弧炉炼钢的控制当中了。在这个基础上又对控制系统的稳定性作了定性的分析，得出若在电极调节控制系统中添加一个模型参考自适应控制器，可以大大的提高系统的稳定性，同时也很好的降低的三相电极之间的耦合作用，减轻三相电极之间的互相扰动，提高了系统的控制精度和响应速度，为实现最佳功率控制，减少电极消耗和耐火材料的消耗提供了必要条件。

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