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電弧故障產(chǎn)生的原因

引起開關(guān)柜內(nèi)部電弧短路故障的主要原因有：

（1）開關(guān)柜使用的導電體性能不良。

（2）元件損壞，開關(guān)柜內(nèi)部元件（或零部件）因未得到良好的維修和保養(yǎng)而損壞。

（3）絕緣材料損壞, 主要有絕緣材料缺陷（如裂痕），投運年限長久的開關(guān)柜因絕緣件老化，造成絕緣損壞導致故障。絕緣材料不滿足加強絕緣要求，絕緣爬距不足，潮濕、多灰塵污染環(huán)境使用等，導致絕緣故障。

（4）人或者動物誤入，如小動物進入開關(guān)柜內(nèi)部，接觸到帶電體導致故障。

（5）施工（維修）人員將工（器）具遺忘或誤放在開關(guān)柜內(nèi)，導致故障。

（6）操作過程的失誤，如未按正確程序停電、驗電、接地操作，走錯間隔等。

（7）單相接地、諧振、雷電等造成的系統(tǒng)過電壓。

（8） 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的改變，如系統(tǒng)容量的增加，電纜應用增多等。

1.2 6-35kV開關(guān)柜電弧故障的危害

開關(guān)柜內(nèi)電弧短路故障的危害主要造成開關(guān)設備及鄰近配電設備的損壞和對現(xiàn)場工作人員的傷害。

（1）中壓開關(guān)柜電弧短路故障對設備的危害當中壓開關(guān)柜發(fā)生電弧故障時, 瞬時功率可達40MW，電弧內(nèi)部溫度可達10,000-20,000 °C，電弧甚至可以通過絕緣物體傳播，不 僅引起絕緣物質(zhì)燃燒，而且可以引起金屬熔化飛濺，構(gòu)成引發(fā)火災的火源。在高能電弧及故障電流長時間的作用下，開關(guān)柜自身會損毀，變壓器會受到嚴重沖擊或損壞 ，由于故障往往未得到及時切除，發(fā)展為中壓母線故障，其危害是非常嚴重的，可能導致“火燒連

營”多組開關(guān)柜同時燒毀。巨大的母線短路沖擊電流造成主變壓器損壞也有發(fā)生，甚至造成發(fā)電廠廠用電瓦解、重要用戶停電。

（2）中壓開關(guān)柜電弧短路故障對人的危害當開關(guān)柜發(fā)生內(nèi)部電弧故障時，對附近的工作人員危險性很大。電弧爆炸散發(fā)出大量的熱輻射和飛濺的熔化金屬，造成的嚴重的傷害；弧光的光強約9000LUX，而人眼感受到的大光強約300LUX，很容易使人的眼睛刺傷，暫時性失明；電弧爆炸火災產(chǎn)生的巨大的聲響，對人的聽覺造成傷害，可能引起休克；電弧火災產(chǎn)生臭氧、氮氧化物等有毒氣體傷害呼吸系統(tǒng)，可能引起窒息。

2 電弧故障的特性及傳統(tǒng)保護的局限性

（1）根據(jù)國內(nèi)外試驗研究，燃弧時間與造成開關(guān)柜損壞程度關(guān)系如下：

1）燃弧時間＜35ms，無顯著損壞，開關(guān)柜經(jīng)絕緣檢測試驗合格后一般可以投人使用。

2）燃弧時間＜100ms，損壞較小，開關(guān)柜經(jīng)內(nèi)部清潔，簡單維修，檢驗合格后可以再次投人運行。

3 ）燃弧時間500ms，損壞嚴重，開關(guān)柜更換部件大修，重新使用前需經(jīng)全部試驗合格，嚴重的開關(guān)柜報廢更換設備。

可見從保護開關(guān)柜，減小設備損壞考慮，保護動作切除故障時間應小于100ms。

（2）傳統(tǒng)保護及其局限性。

目前普遍采用的中壓開關(guān)柜母線保護方案包括以下3種：

1）變壓器后備過流保護方案。這是目前國內(nèi)應用開關(guān)柜母線保護方案，由于考慮到與饋線和母線分段開關(guān)的階梯時差配合原則，以致到進線開關(guān)時延已達1.0s～1.4s，甚至更長 [2] 。 顯然，不滿足快速切除故障要求。

2）饋線速斷保護閉鎖的變壓器后備過流保護,保護動作時間為300-400ms，仍不滿足100ms內(nèi)切除故障要求。

3）高阻抗母線保護方案，保護動作時間為一般為35-60ms。因成本技術(shù)原因，不適合中壓系統(tǒng)使用?？梢娔壳暗膫鹘y(tǒng)保護，不能滿足100ms內(nèi)快速切除電弧故障的要求。

(3)另一方面，雖然國家標準GB3906-2006和國家電網(wǎng)公司設備招標技術(shù)要求規(guī)定開關(guān)柜內(nèi)部燃弧試驗持續(xù)時間不小于0.5s，由于電力設備制造行業(yè)過度競爭，產(chǎn)品價格低廉，當燃弧時間由0.1s提供到0.5s,成本需大幅提高。另外，現(xiàn)場事故已經(jīng)暴露了開關(guān)柜在內(nèi)部故障方面的實際性能。一般廠家提供的運行設備還達不到型式試驗柜的標準，所以僅靠開關(guān)柜自身難以抵抗燃弧故障破壞。

可見，目前解決電弧光危害的方法，是在規(guī)定時間內(nèi)快速切斷故障電源。在開關(guān)柜內(nèi)加裝弧光保護裝置，當柜內(nèi)有微小弧光時，迅速切斷進線電源，使故障盡早發(fā)現(xiàn)，將故障限定在小范圍內(nèi)，盡可能減小損失。