提高10kV电容开关运行可靠性运维策略研究与应用

变电站10kV电容器组为电力系统中常见的无功补偿设备，在电力系统中起到降低线路能量损耗、减少线路电压降、改善电压质量、提高系统供电能力的重要作用[1]。由于用电负荷重，负荷变化显著，受电网电压自动控制系统AVC控制，单台电容开关每天投切次数可达6次以上，电容开关频繁的投切可能发生拒分、拒合、发热等缺陷。本文对10kV电容开关常见缺陷进行了统计分析，提出了提高10kV电容开关运行可靠性的运维策略，通过开展电容开关周期性规范化检修、试验；引进应用新技术等措施，及时发现并消除10kV电容开关隐患，提高10kV电容开关运行可靠性。

1.10kV电容开关缺陷危害分析

10kV电容开关缺陷类型：开关本体缺陷。主要包括设备发热、回路电阻不合格、绝缘电阻不合格、耐压不合格、机械特性试验不合格、外绝缘表面爬电、局部放电、触头过度磨损、灭弧室管壳开裂、小车开关触指弹簧损坏等；开关机构缺陷。主要包括分合闸线圈损坏、机构无法储能、缓冲器渗漏油、弹簧储能指示不到位、分合闸指示异常、机械拒分、机械拒合、合闸无法保持、分合不到位、分合闸按钮脱落等；开关电气控制回路缺陷。主要包括分合闸回路绝缘电阻不合格、控制回路断线、无法远方操作、无法电动储能、位置指示不一致、二次配线松动等。10kV电容开关缺陷统计分析：中山供电局变电二所共有10kV电容开关283台，2013~2015年合计发生缺陷93项，其中开关本体缺陷24项，开关机构缺陷45项，开关电气控制回路缺陷24项。平均每年发生缺陷31项，缺陷年均发生率为11%。开关缺陷发生率由9%上升为13%，年均增长率达20%，目前尚无有效抑制电容开关缺陷增长的运维策略，随着电容开关数量增加，运行年限增长，电容开关缺陷将不断增长。

（来源：微信公众号 中国电力设备管理协会  ID：gh_f69f95f1b242）

10kV电容开关缺陷危害：10kV电容开关发生开关本体、机构、电气控制回路缺陷将导致该开关退出运行，降低了就地无功补偿设备的可用率和10kV母线电压质量；10kV电容开关电气性能下降或导电部位发热可能导致10kV电容开关柜短路爆炸，造成设备严重损坏和伤及邻近工作人员；10kV电容开关发生“电气拒分”缺陷，如不及时将该开关进行紧急机械分闸，当开关柜内发生短路故障时也可能导致该开关柜爆炸，造成设备严重损坏并威胁人身安全。此外,10kV电容开关柜短路爆炸还可能造成保护越级跳闸和10kV母线失压的五级电力生产安全事件发生，引发供电区域大面积停电，带来重大的经济损失和不良的社会影响。

2.以往10kV电容开关运维存在的主要问题状态检修存在问题

10kV电容开关投运后未开展周期性规范化检修，仅实施状态检修，即电容开关运行中发生缺陷后才安排检修消缺，不能提前发现开关存在的隐患。测温存在问题。10kV电容开关柜内开关小车触头、刀闸触头、导电排搭接部位、电缆接头仅通过示温蜡、示温标签监测发热情况，存在不实时、不定量、观测不方便、易脱落、无法预警等缺点；10kV电容开关柜观察窗采用普通钢化夹胶玻璃，红外线透光率差，在不打开柜门的情况下不能实现开关柜内红外测温，不能通过周期性人工测温发现柜内发热缺陷。电气拒分处理存在问题。当10kV电容开关发生“电气拒分”缺陷时，需采取“就地人工操作紧急分闸”、“母线配合停电将故障电容开关分闸”两种方式，“就地人工操作紧急分闸”存在有人身风险，“母线配合停电将故障电容开关分闸”存在少供电、转供电耗时长的问题。

3 提高10kV电容开关运行可靠性运维策略关键内容

为解决以往10kV电容开关运维存在的问题，本文提出了提高10kV电容开关运行可靠性的运维策略，通过开展周期性规范化检修试验、应用无源无线在线测温技术、应用无线遥控紧急分闸技术、加装红外测温窗等系列工作，及时发现并排除电容开关隐患。

3.1 检修策略

开展10kV电容开关周期性规范化检修、试验工作，制定合理的电容开关规范化检修周期，避免了以往仅开展状态检修，无法提早发现并消除设备隐患的问题。关键内容为：10kV电容开关投运后每3年进行一次返厂大修，由专业厂家对电容开关的本体、机构、二次电气控制回路等进行全面检查试验，更换微动开关、分合闸线圈等易损元器件，经交接试验合格后重新投入运行；每年一次专项检查，由变电检修班组对10kV电容开关的本体、机构、二次电气控制回路进行维护检查，确保电容开关性能良好，保证电容开关安全可靠运行；每半年开展一次开关柜带电局放测试，及时发现并排除开关柜内设备因接触不良、发热、受潮、进水、绝缘开裂、绝缘老化等原因造成的局放，避免开关柜内部短路造成设备损坏。

3.2 新技术应用

3.2.1加装红外测温窗,实现开关柜内红外测温功能

红外测温窗[2]是一个可透过紫外线、可见光、红外线的光学窗口。主要由光学晶体、金属外框、金属盖板、密封圈、密封胶、安装孔和固定螺钉组成。红外测温窗工作波长0.15~14微米，在0.15微米时窗口的红外线透过率为94%，在12.5微米时窗口红外线透过率为92%，通过红外测温窗能够有效准确的测量开关柜内关键部位发热情况。

图1 红外测温窗结构示意图

通过在10kV电容开关柜安装红外测温窗，运行人员可用红外测温仪对开关柜内部小车触头、刀闸触头、电缆头连接处、铜牌搭接面等关键部位进行红外测温，便于及时发现开关柜内发热缺陷并安排消缺，确保设备健康可靠运行。

图2 无源无线在线测温系统结构设计图

3.2.2 声表面波无源无线式在线测温技术

声表面波在线测温系统[3]主要由无源无线式

在线测温系统主站、变电站无源无线测温管理装置、温度采集收发器、温度采集收发器天线、无源无线温度传感器组成。声表面波温度传感技术采用声表面波谐振腔结构，当温度采集收发器压电晶体基片上的换能器将输入的无线电磁波信号转变成声信号后，被无源无线温度传感器左右两个周期性栅条反射形成谐振，谐振频率随温度的改变而改变，当换能器将声信号转变成无线应答信号输出后，就可通过测量频率变化得到温度值。该技术的传感器线性度较好，测温范围-20~150℃，精度误差±3℃，满足10kV电容开关柜内关键部位的温度监测需求，有效克服了传统测温方式存在的缺陷，实现对开关柜内关键部位温度实时在线监测、诊断、预警。

3.2.3 便携式10kV开关无线遥控紧急分闸装置

该装置由操作机构、控制机构、遥控单元和电源模块组成，装置集成应用2.4GHz ISM频段无线技术、步进电机技术、声控技术和压力感应保护技术。当发生10kV电容开关“电气拒分”缺陷时，操作人员在开关柜安装便携式10kV开关无线遥控紧急分闸装置，在远离故障开关的安全处，通过无线遥控该装置即可柔性按压该开关分闸按钮，实现故障开关紧急分闸[4]，最大程度保障操作人员的人身安全和提高10kV用户供电可靠性。

图3 便携式10kV开关无线遥控紧急分闸装置系统结构图

4 应用效果

2016年9月至2018年12月，中山供电局已在管辖变电站全面推行提高10kV电容开关运行可靠性的运维策略，开展电容开关定期返厂检修、试验及新技术应用工作，每年平均提前发现并消除10kV电容开关缺陷21项，确保了10kV电容开关安全可靠运行，防范了10kV电容开关设备事故发生。

参考文献

[1]缪苗.变电所补偿电容的原理与作用[J].电力电容器,2006(03):3-5.

[2]王欣.开关柜红外测温窗口和无线测温装置的安装与运行维护[A].云南电网公司、云南省电机工程学会.2012年云南电力技术论坛论文集.

[3]李新海,曾新雄等.无源无线式在线测温技术的应用[J].广东电力,2015,28(02):93-96.

[4]刘翔宇,刘彦琴等.KYN28开关柜就地分闸自动操作机构[J].电工技术,2018(13):56-58.