10kV開關(guān)柜電氣故障分析與處理

張敏

（遼寧省阜新市清源污水處理有限公司，遼寧 阜新123000）

10kV配電所設(shè)備的運(yùn)行中經(jīng)常會發(fā)生電氣故障，造成物質(zhì)和經(jīng)濟(jì)的損失，加強(qiáng)對10kV配電所設(shè)備運(yùn)行電氣故障的預(yù)防和處理，對加強(qiáng)設(shè)備保護(hù)，有效降低故障發(fā)生時設(shè)備的損壞程度，保證設(shè)備的長期安全運(yùn)行有著重要意義。以下是對10kV配電所設(shè)備及電氣故障簡要分析和相關(guān)處理的探討。

1 相間短路故障的相關(guān)分析與處理

1.1 事故案例

事故1：阻容吸收器單相擊穿拉弧導(dǎo)致相間短路，燒壞柜內(nèi)母線。

某10kV配電所的一臺10kV出現(xiàn)柜，裝設(shè)有阻容吸收器用于過電壓保護(hù)，在高度潮濕天氣時發(fā)生相間短路，出現(xiàn)柜、進(jìn)線柜相繼跳閘，出線柜內(nèi)真空開關(guān)下側(cè)母線燒毀。

事故2：某10kV配電所的一臺10kV PT柜由于電壓互感器內(nèi)絕緣擊穿，同時額定電流0.5A的RN2熔斷器管爆裂，造成相間短路，柜內(nèi)三相中的兩相熔管炸碎，隔離開關(guān)下樁以下母線燒毀，PT柜柜門被炸飛出。

從以上兩次事故中可以發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)故障的初始均是單相接地故障，繼而發(fā)展成為相間故障，造成惡劣后果。10kV配電系統(tǒng)為中性點不接地運(yùn)行方式，當(dāng)出現(xiàn)單相接地故障時仍可以繼續(xù)運(yùn)行1～2小時。經(jīng)過對事故1現(xiàn)場實物分析認(rèn)為：①、器件本身絕緣水平在高度潮濕天氣是有所下降，其外表面爬電距離已經(jīng)不夠，初始時出現(xiàn)放電、拉弧，從而使該相發(fā)生擊穿現(xiàn)象。②、出現(xiàn)單相擊穿后，由于該組阻容吸收器接地電阻過大 [實測25.4歐姆（系統(tǒng)設(shè)計要求不大于1歐姆）與接地系統(tǒng)接觸不良]，使得接地電弧進(jìn)一步加強(qiáng)，出現(xiàn)局部過電壓，導(dǎo)致臨近一相擊穿，引起兩相間短路，繼而因電弧飛弧引發(fā)三相相間短路。10kV電壓互感器故障一般不會引起除互感器本體和該相熔斷器以外設(shè)備的損壞，但事故2中卻造成內(nèi)三相中的兩相熔斷器熔管炸碎，隔離開關(guān)下樁以下母線燒毀，PT柜柜門被炸飛出這樣嚴(yán)重的后果，是何原因呢？經(jīng)過對事故2現(xiàn)場實物分析認(rèn)為：⑴、電壓互感器本身鐵芯性能不良在運(yùn)行時發(fā)生過熱現(xiàn)象，導(dǎo)致內(nèi)絕緣擊穿，互感器線圈接地，引起熔斷器熔斷。⑵、熔斷器內(nèi)充裝的滅弧絕緣材料不純凈，在熔斷器熔斷時不能有效熄滅電弧，反而變成一個有一定阻值的負(fù)載，在熔斷器管內(nèi)連續(xù)產(chǎn)生電弧使互感器保持通電，直至電壓互感器發(fā)生爆炸引起另外兩相一起相間短路。⑶、通過對幸存的另外一只熔斷器熔斷熔芯后進(jìn)行試驗表明，工頻電壓達(dá)到10KV時即產(chǎn)生嚴(yán)重發(fā)電現(xiàn)象，根本不滿足絕緣要求。檢驗爆裂的兩只熔斷器的充裝材料也發(fā)現(xiàn)，純白的二氧化硅填充物中混合大量的泛黃色的普通沙子。

1.2 相間短路電氣事故的應(yīng)對措施

通過以上兩項事故分析，總結(jié)出以下幾點經(jīng)驗：

在柜內(nèi)裝設(shè)自動除濕裝置，如凝露控制器配套加熱器，保持柜內(nèi)干燥。⑵、搞好柜內(nèi)電器接地及柜體接地，保證其接地電阻符合設(shè)計要求，避免在單相接地時出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象引起局部過電壓和相間短路。⑶、加強(qiáng)柜內(nèi)母線絕緣處理，用10KV等級的熱縮絕緣套管將柜內(nèi)母線、觸頭裸露部分有效包裹，杜絕因電弧而導(dǎo)致母線相間短路。⑷、電壓互感器在10kV配電器件是比較容易損壞的電器元件，在成批采購其保護(hù)熔斷器熔管時，應(yīng)進(jìn)行抽檢耐壓試驗。

2 10KV母線電壓互感器一次側(cè)熔斷器熔絲經(jīng)常熔斷的故障分析與處理

10KV母線電壓互感器一次側(cè)熔斷器熔絲經(jīng)常熔斷的故障，造成電量計量不準(zhǔn)、成本增加、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)下降等有關(guān)的技術(shù)問題，提出解決幾點經(jīng)驗，供同行參考

2.1 原因分析

運(yùn)行中的10KV母線電壓互感器除了因其內(nèi)部線圈發(fā)生匝間、層間或相同短路以及一相接地故障，使其一次側(cè)熔絲熔斷外，還可能由以下幾個原因造成一次側(cè)熔絲熔斷：

一、二次回路發(fā)生故障。當(dāng)電壓互感器的二次回路及設(shè)備發(fā)生故障時，能造成電壓互感器過電流，若同時電壓互感器的二次側(cè)熔絲選用不合理，則能造成一次側(cè)熔絲熔斷。

系統(tǒng)發(fā)生單相間歇電弧接地。由于這時會出現(xiàn)過電壓，其值可達(dá)到正常電壓的3-3.5倍，能使電壓互感器的鐵芯飽和，激磁電流急劇增加，引起高壓熔斷器熔絲熔斷。

鐵磁共振。近年來由于配電線路的大量增加以及用于電壓互感器數(shù)量的增加，使得10KV配電系統(tǒng)的電氣參數(shù)發(fā)生了很大的變化，逐漸形成了諧振條件，加之電磁式電壓互感器的勵磁特性不良，因此鐵磁諧振經(jīng)常發(fā)生。在系統(tǒng)諧振時，電壓互感器上將產(chǎn)生過電壓或過電流，激磁增加，造成電壓互感器一次側(cè)熔斷器熔絲熔斷。

根據(jù)配電所的實際情況，經(jīng)調(diào)查分析，了解到10KV系統(tǒng)發(fā)生單相接地，是因鐵磁共振引起的，它是造成電壓互感器高壓熔斷器熔絲熔斷的主要原因。

我們知道，10KV系統(tǒng)是中性電不接地的，但是電壓互感器的高壓側(cè)中心點卻是接地的，而且10KV系統(tǒng)有許多電纜出線，各相對地電容在分析問題時必須考慮進(jìn)去，故我們可以畫一個10KV系統(tǒng)簡圖，加以說明。如圖（a）所示。圖中電源代表發(fā)電機(jī)，中性點不接地；Ca、Cb、Cc 為三相對地等值電容；La、Lb、Lc代表電壓互感器一側(cè)的三個線圈的電感，實際上電壓互感器的一次側(cè)三個線圈就是三個帶鐵芯的線圈。當(dāng)C相的K點發(fā)生接地時，這個系統(tǒng)的等值電路如圖（b）所示，因為Cc和Lc被短路失去作用，在圖中沒有示出。這時，拿Ca和La來看（對Cb、Lb也可同樣分析），它兩正組成一并聯(lián)回路，兩端作用著電壓Uca=Ux(Ux為相電壓)。由于電壓互感器的線圈是個鐵芯線圈；且與電容并聯(lián)，構(gòu)成了可能產(chǎn)生鐵磁共振的電路。如果具備以上條件，當(dāng)電壓或電流一旦發(fā)生變化時就能產(chǎn)生鐵磁共振。在單相接地瞬間，完好相對地電壓升高，使電容電流增加，總電流起了變化，就能引起共振。當(dāng)這種并聯(lián)電路發(fā)生電流鐵磁共振時，又能使鐵芯線圈（電壓互感器一次線圈）的電流增大十幾倍，這樣，就使電壓互感器的高壓熔斷器熔絲熔斷。

2.2 采取的措施和處理方法

一般簡單可行的辦法是在電壓互感器開口三角繞組兩端接上一個電阻，以增加回路阻尼，使諧振不易發(fā)生，接入電阻數(shù)值約為幾十歐，要小于0.45Xj(Xj為低壓側(cè)的工頻激磁感抗)。

2.3 改進(jìn)效果

10KV母線電壓互感器開口三角繞組兩端接一個60W白熾燈后，經(jīng)過兩年的運(yùn)行，沒有再發(fā)生電壓互感器一次熔斷器因鐵磁共振而引起熔絲熔斷的現(xiàn)象。即降低成本，又提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率，效果顯著。

[1]水利電力出版社出版.《工業(yè)電氣設(shè)備及其運(yùn)行》

[2]徐臘元，高雙梅.《我國配電網(wǎng)自動化的現(xiàn)狀及發(fā)展方向》.農(nóng)村電氣化。1998.7（4）

[3]洪良山.變電站自動化的現(xiàn)狀與發(fā)展.電力自動化設(shè)備.1999.19（4）