不少電力設備運維人員在日常巡檢中都有這樣的疑問:高壓開關柜運行一直很穩(wěn)定,為什么還要定期檢測觸頭接觸電阻?也有不少用戶碰到過紅外測溫沒有發(fā)現(xiàn)異常,卻在預防性試驗中測出回路電阻遠超標準值的情況,不清楚這種問題會帶來哪些安全隱患,也不知道該采取哪些合規(guī)的檢測手段。作為配電網(wǎng)中承擔通斷控制、保護功能的核心電力設備,高壓開關柜的運行穩(wěn)定性直接決定了整個供電系統(tǒng)的可靠性,而觸頭接觸電阻的變化是反映高壓開關柜運行狀態(tài)的核心參數(shù)之一,值得所有運維和管理方重點關注。
高壓開關柜的動靜觸頭是承擔電流傳導的核心部件,在長期運行過程中,多種因素都會導致觸頭接觸電阻升高。首先是氧化腐蝕,高壓開關柜內(nèi)部雖然有密封結(jié)構(gòu),但長期運行中難免會有潮氣、腐蝕性氣體進入,觸頭表面的金屬材料會逐漸氧化,生成導電性差的氧化膜,導致接觸電阻上升【1】。其次是電弧燒蝕,高壓開關柜在分合閘操作或者切斷短路電流時,觸頭之間會產(chǎn)生高溫電弧,會燒蝕觸頭表面,導致接觸面凹凸不平,有效接觸面積減小,觸頭接觸電阻隨之增大。第三是機械結(jié)構(gòu)劣化,高壓開關柜經(jīng)過多次分合閘操作后,觸頭的壓緊彈簧會出現(xiàn)疲勞、松動的情況,導致觸頭之間的接觸壓力不足,同樣會造成觸頭接觸電阻升高。還有一個常見誘因是污染附著,高壓開關柜長期運行后,內(nèi)部會積累粉塵、油污等污穢物,附著在觸頭接觸面上,會在兩個觸頭之間形成絕緣層,大幅提升觸頭接觸電阻。根據(jù)《3.6kV~40.5kV交流金屬封閉開關設備和控制設備運行規(guī)程》要求,高壓開關柜的觸頭接觸電阻值不能超過出廠值的1.2倍,一旦超出范圍*需要及時排查處理【1】。
很多運維人員對觸頭接觸電阻超標的影響認知不足,認為只是小問題,不需要馬上處理,實際上這類問題會帶來多重安全隱患,甚至引發(fā)嚴重的電力安全事故。
第一類安全隱患是熱故障導致的高壓開關柜本體損壞。根據(jù)焦耳定律,電流通過電阻時產(chǎn)生的熱量與電阻值成正比,當觸頭接觸電阻超標時,同樣的負荷電流下,觸頭位置的發(fā)熱量會遠高于正常水平,導致觸頭溫度快速升高。輕微的溫升會加速觸頭表面的氧化速度,形成“電阻升高-發(fā)熱加劇-氧化更嚴重-電阻進一步升高”的惡性循環(huán),長期運行會導致高壓開關柜內(nèi)部的絕緣件(比如絕緣隔板、觸頭罩)受熱老化,絕緣性能下降,容易引發(fā)擊穿短路【2】。如果溫升超過觸頭材料的耐受閾值,還會直接導致觸頭熔焊,使高壓開關柜的斷路器、隔離開關無法正常分合閘,一旦后端線路出現(xiàn)故障,無法及時切斷電流,會導致故障范圍進一步擴大,甚至出現(xiàn)高壓開關柜燒毀的情況。此前某化工企業(yè)的10kV高壓開關柜*因為觸頭接觸電阻超標未及時處理,運行中觸頭溫度超過180℃,引發(fā)絕緣件擊穿,母線短路,導致整個生產(chǎn)園區(qū)停電36小時,直接經(jīng)濟損失超過百萬元。
第二類安全隱患是波及周邊電力設備,擴大故障影響范圍。高壓開關柜安裝在配電室內(nèi),周邊通常會布置母線、互感器、電容器等其他電力設備,觸頭位置的高溫會通過熱傳導、熱輻射傳遞到周邊設備上,導致其他電力設備的絕緣性能下降,使用壽命縮短。如果觸頭位置的高溫引燃了附近的絕緣材料,還可能引發(fā)配電室火災,不僅會造成電力設備的大面積損壞,還會威脅現(xiàn)場運維人員的生命安全。
第三類安全隱患是合規(guī)性風險,不符合電力監(jiān)管的相關要求。對于公共項目、市政工程等由政府或機構(gòu)管理的電力系統(tǒng)來說,高壓開關柜的運行參數(shù)檢測是安全生產(chǎn)檢查的必查項,如果沒有按要求定期檢測回路電阻,或者觸頭接觸電阻超標未及時整改,會面臨監(jiān)管部門的整改要求,甚至影響項目的驗收和安全生產(chǎn)評級。
由于觸頭安裝在高壓開關柜內(nèi)部,常規(guī)的外觀巡檢、紅外測溫很難發(fā)現(xiàn)早期的觸頭接觸不良問題,而回路電阻檢測是目前行業(yè)內(nèi)公認的排查觸頭接觸隱患的有效手段。高壓開關柜的回路電阻主要包括母線電阻、觸頭接觸電阻、連接點電阻幾個部分,其中觸頭接觸電阻占回路電阻的70%以上,因此通過檢測高壓開關柜的回路電阻,*可以準確判斷觸頭的接觸狀態(tài)【3】。
根據(jù)《高壓開關設備和控制設備的現(xiàn)場試驗規(guī)程》要求,回路電阻測試需要采用不小于100A的直流大電流進行測試,避免接觸壓降、測試線電阻等因素對測試結(jié)果的干擾,保證測試數(shù)據(jù)的準確性【3】。針對高壓開關柜的觸頭接觸電阻檢測,目前行業(yè)內(nèi)已經(jīng)有成熟的測試設備可供選擇,康高特代理的DV POWER RMO-H大電流微歐計、KGT R-9回路電阻測試儀,可對高壓開關柜斷路器、隔離開關觸頭進行定期回路電阻測試,及時發(fā)現(xiàn)接觸不良隱患。其中DV POWER RMO-H大電流微歐計可輸出*高1000A的直流測試電流,測試分辨率可達0.01μΩ,測試數(shù)據(jù)重復性好,抗干擾能力強,適合高壓開關柜交接試驗、故障排查等對精度要求較高的場景,測試數(shù)據(jù)可自動存儲,支持導出標準化的測試報告。KGT R-9回路電阻測試儀體積輕巧,操作界面簡潔,現(xiàn)場運維人員經(jīng)過簡單培訓即可獨立完成測試,適配日常巡檢、預防性試驗等多種場景,測試結(jié)果可直接作為運維臺賬留存,也可以作為監(jiān)管檢查的佐證材料。
對比傳統(tǒng)的紅外測溫手段,回路電阻檢測可以提前發(fā)現(xiàn)還沒有出現(xiàn)明顯溫升的早期接觸不良問題,比如當觸頭接觸電阻剛剛超出標準值10%-20%時,還沒有出現(xiàn)明顯的發(fā)熱現(xiàn)象,紅外測溫很難識別,但通過回路電阻測試儀*可以準確檢測到參數(shù)變化,運維人員可以在故障萌芽階段*安排檢修,避免安全隱患進一步擴大,大幅降低運維成本和故障風險。
針對B端企業(yè)用戶和G端政府/機構(gòu)用戶的不同需求,高壓開關柜的觸頭接觸電阻管控的側(cè)重點也有所區(qū)別。
對于生產(chǎn)制造企業(yè)、數(shù)據(jù)中心、商業(yè)綜合體等B端用戶來說,首先要建立完善的定期檢測機制,新投運的高壓開關柜在投運前必須完成回路電阻測試,確認觸頭接觸電阻符合要求后才能送電運行;運行中的高壓開關柜每1-2年要完成一次回路電阻測試,運行環(huán)境惡劣(比如潮濕、多粉塵、有腐蝕性氣體)的高壓開關柜要將檢測周期縮短到6個月一次。其次要做好檢測數(shù)據(jù)的對比分析,每次檢測的回路電阻數(shù)據(jù)要納入運維臺賬,對比歷次數(shù)據(jù)的變化趨勢,如果數(shù)據(jù)增長率超過20%,即使還沒有超出標準值,也要安排開蓋檢查觸頭的狀態(tài),及時處理氧化、松動等問題。另外還要考慮檢測的成本和效率,選擇操作簡便、數(shù)據(jù)準確的測試設備,減少運維人員的工作量,降低整體運維成本。
對于市政單位、電網(wǎng)公司、公共場館管理方等G端用戶來說,首先要確保檢測工作符合相關標準規(guī)范和政策要求,嚴格按照《電力設備預防性試驗規(guī)程》的要求安排檢測計劃,不得隨意延長檢測周期【2】。其次要選擇符合計量認證要求的測試設備,確保測試數(shù)據(jù)的準確性和可追溯性,檢測報告要留存完整,配合監(jiān)管部門的安全生產(chǎn)檢查。另外還要建立完善的隱患整改閉環(huán)機制,檢測中發(fā)現(xiàn)觸頭接觸電阻超標、回路電阻異常的情況,要第一時間安排整改,整改完成后重新進行測試,確認合格后才能恢復運行,避免出現(xiàn)安全事故。
除了定期進行回路電阻檢測之外,運維人員還可以通過多項措施降低觸頭接觸電阻異常的概率,減少安全隱患。首先要做好高壓開關柜的運行環(huán)境管控,保持配電室的干燥、清潔,定期清理高壓開關柜內(nèi)部的粉塵和污穢,減少觸頭被污染、氧化的概率。其次要規(guī)范高壓開關柜的操作流程,減少不必要的分合閘操作,降低觸頭被電弧燒蝕的概率,操作時要確保分合閘到位,避免觸頭接觸壓力不足的情況。另外在觸頭檢修完成后,必須重新進行回路電阻測試,確認觸頭接觸電阻符合要求后才能送電,避免檢修質(zhì)量不過關導致的隱患。
作為電力系統(tǒng)中應用*廣泛的電力設備之一,高壓開關柜的運行穩(wěn)定性直接關系到供電安全,而觸頭接觸電阻的檢測是高壓開關柜運維中的核心工作,只要建立完善的檢測機制,采用合規(guī)的測試設備定期完成回路電阻測試,*可以提前識別絕大多數(shù)接觸不良的安全隱患,大幅降低故障發(fā)生的概率。