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電弧故障產(chǎn)生的原因

引起開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部電弧短路故障的主要原因有：

（1）開(kāi)關(guān)柜使用的導(dǎo)電體性能不良。

（2）元件損壞，開(kāi)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(yùn)年限長(zhǎng)久的開(kāi)關(guān)柜因絕緣件老化，造成絕緣損壞導(dǎo)致故障。絕緣材料不滿足加強(qiáng)絕緣要求，絕緣爬距不足，潮濕、多灰塵污染環(huán)境使用等，導(dǎo)致絕緣故障。

（4）人或者動(dòng)物誤入，如小動(dòng)物進(jìn)入開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部，接觸到帶電體導(dǎo)致故障。

（5）施工（維修）人員將工（器）具遺忘或誤放在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，導(dǎo)致故障。

（6）操作過(guò)程的失誤，如未按正確程序停電、驗(yàn)電、接地操作，走錯(cuò)間隔等。

（7）單相接地、諧振、雷電等造成的系統(tǒng)過(guò)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(yīng)用增多等。

1.2 6-35kV開(kāi)關(guān)柜電弧故障的危害

開(kāi)關(guān)柜內(nèi)電弧短路故障的危害主要造成開(kāi)關(guān)設(shè)備及鄰近配電設(shè)備的損壞和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作人員的傷害。

（1）中壓開(kāi)關(guān)柜電弧短路故障對(duì)設(shè)備的危害當(dāng)中壓開(kāi)關(guān)柜發(fā)生電弧故障時(shí), 瞬時(shí)功率可達(dá)40MW，電弧內(nèi)部溫度可達(dá)10,000-20,000 °C，電弧甚至可以通過(guò)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(zāi)的火源。在高能電弧及故障電流長(zhǎng)時(shí)間的作用下，開(kāi)關(guān)柜自身會(huì)損毀，變壓器會(huì)受到嚴(yán)重沖擊或損壞 ，由于故障往往未得到及時(shí)切除，發(fā)展為中壓母線故障，其危害是非常嚴(yán)重的，可能導(dǎo)致“火燒連

營(yíng)”多組開(kāi)關(guān)柜同時(shí)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(kāi)關(guān)柜電弧短路故障對(duì)人的危害當(dāng)開(kāi)關(guān)柜發(fā)生內(nèi)部電弧故障時(shí)，對(duì)附近的工作人員危險(xiǎn)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(yán)重的傷害；弧光的光強(qiáng)約9000LUX，而人眼感受到的大光強(qiáng)約300LUX，很容易使人的眼睛刺傷，暫時(shí)性失明；電弧爆炸火災(zāi)產(chǎn)生的巨大的聲響，對(duì)人的聽(tīng)覺(jué)造成傷害，可能引起休克；電弧火災(zāi)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(hù)的局限性

（1）根據(jù)國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)研究，燃弧時(shí)間與造成開(kāi)關(guān)柜損壞程度關(guān)系如下：

1）燃弧時(shí)間＜35ms，無(wú)顯著損壞，開(kāi)關(guān)柜經(jīng)絕緣檢測(cè)試驗(yàn)合格后一般可以投人使用。

2）燃弧時(shí)間＜100ms，損壞較小，開(kāi)關(guān)柜經(jīng)內(nèi)部清潔，簡(jiǎn)單維修，檢驗(yàn)合格后可以再次投人運(yùn)行。

3 ）燃弧時(shí)間500ms，損壞嚴(yán)重，開(kāi)關(guān)柜更換部件大修，重新使用前需經(jīng)全部試驗(yàn)合格，嚴(yán)重的開(kāi)關(guān)柜報(bào)廢更換設(shè)備。

可見(jiàn)從保護(hù)開(kāi)關(guān)柜，減小設(shè)備損壞考慮，保護(hù)動(dòng)作切除故障時(shí)間應(yīng)小于100ms。

（2）傳統(tǒng)保護(hù)及其局限性。

目前普遍采用的中壓開(kāi)關(guān)柜母線保護(hù)方案包括以下3種：

1）變壓器后備過(guò)流保護(hù)方案。這是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用開(kāi)關(guān)柜母線保護(hù)方案，由于考慮到與饋線和母線分段開(kāi)關(guān)的階梯時(shí)差配合原則，以致到進(jìn)線開(kāi)關(guān)時(shí)延已達(dá)1.0s～1.4s，甚至更長(zhǎng) [2] 。 顯然，不滿足快速切除故障要求。

2）饋線速斷保護(hù)閉鎖的變壓器后備過(guò)流保護(hù),保護(hù)動(dòng)作時(shí)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(hù)方案，保護(hù)動(dòng)作時(shí)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?jiàn)目前的傳統(tǒng)保護(hù)，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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3906-2006和國(guó)家電網(wǎng)公司設(shè)備招標(biāo)技術(shù)要求規(guī)定開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部燃弧試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間不小于0.5s，由于電力設(shè)備制造行業(yè)過(guò)度競(jìng)爭(zhēng)，產(chǎn)品價(jià)格低廉，當(dāng)燃弧時(shí)間由0.1s提供到0.5s,成本需大幅提高。另外，現(xiàn)場(chǎng)事故已經(jīng)暴露了開(kāi)關(guān)柜在內(nèi)部故障方面的實(shí)際性能。一般廠家提供的運(yùn)行設(shè)備還達(dá)不到型式試驗(yàn)柜的標(biāo)準(zhǔn)，所以僅靠開(kāi)關(guān)柜自身難以抵抗燃弧故障破壞。

可見(jiàn)，目前解決電弧光危害的方法，是在規(guī)定時(shí)間內(nèi)快速切斷故障電源。在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)加裝弧光保護(hù)裝置，當(dāng)柜內(nèi)有微小弧光時(shí)，迅速切斷進(jìn)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。