一起10kV環(huán)網(wǎng)柜故障分析

李銳騰 杜松懷 蘇 娟 丁翠娥

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，北京100083；2.北京電力科學(xué)研究院，北京100075）

1 事故概況

1.1 故障情況

某日17：38，某110kV站211某路接地。20min后發(fā)現(xiàn)該路1#開閉器計(jì)量柜燒毀，故障指示器燈亮，L2單相接地。18：20，拉開1# 開閉器201、211、212，合上201－7、211－7、212－7接地刀閘。

1.2 故障現(xiàn)場(chǎng)情況

氣候陰冷潮濕，該路1#開閉器室內(nèi)凝霜結(jié)露極為嚴(yán)重，金屬底板銹蝕嚴(yán)重。

1.3 試驗(yàn)與檢測(cè)

對(duì)同一分界小室內(nèi)的3組開關(guān)柜分別進(jìn)行了絕緣電阻遙測(cè)和交流耐壓試驗(yàn)，并測(cè)量柜間母線插接部位直阻。非故障開關(guān)間隔絕緣電阻遙測(cè)和交流耐壓試驗(yàn)結(jié)果如表1、2所示，柜間母線插接部位回路電阻如表3、4所示。

表1 絕緣電阻試驗(yàn) 單位：MΩ

表2 交流耐壓試驗(yàn)

表3 215開關(guān)柜和計(jì)量柜之間電阻 單位：μΩ

表4 211開關(guān)柜和計(jì)量柜之間電阻 單位：μΩ

由試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)：開關(guān)柜絕緣耐壓性能合格，但柜間母線插接部位回路電阻偏高。特別是B相電阻，普遍比其他兩相電阻值大。

1.4 故障原因分析

放電原因分析：根據(jù)故障部位狀態(tài)及解體結(jié)果可知，箱內(nèi)、柜體凝霜結(jié)露極為嚴(yán)重，露水順柜壁流到柜間母線插頭位置。

接頭結(jié)構(gòu)分析：兩柜3個(gè)觸頭連接部分有一個(gè)凹面，是給硅橡膠套管密封圈留的。因?yàn)椴孱^的連接只靠上下2個(gè)定位裝置擠壓，而插頭定位裝置只有上下兩點(diǎn)有2個(gè)硬金屬面，上下兩點(diǎn)捏緊了，中間反而鼓肚。即使不鼓肚，中間B相插頭沒(méi)有定位銷夾緊，密封圈和柜面之間只是平擺浮擱，沒(méi)有任何密封膠，一旦有細(xì)小縫隙，潮氣水珠就會(huì)浸入插頭，并順著硅橡膠套管的斜面直至插頭斷面。從插頭結(jié)構(gòu)圖上看，插頭斷面處金屬觸頭到硅橡膠套管壁的空氣間隙只有10mm，從金屬柜板到插頭斷面爬電距離約60mm，而套管觸頭到接地柜板整體面爬電距離約100mm。根據(jù)國(guó)標(biāo)GB3906—1991規(guī)定，相間、相對(duì)地間加設(shè)絕緣板時(shí)，額定電壓10kV時(shí)，空氣凈距離不小于60mm，若采用絕緣材料絕緣，除滿足絕緣水平外，還應(yīng)滿足爬電距離，爬電比距不小于14mm／kV。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果、柜間母線插接頭結(jié)構(gòu)及故障部位解體分析推測(cè)：柜體凝霜結(jié)露極為嚴(yán)重，露水順柜壁流到柜間母線插頭位置。B相插頭硅橡膠絕緣套管密封不嚴(yán)，導(dǎo)致B相插頭經(jīng)過(guò)硅橡膠絕緣套管長(zhǎng)時(shí)間對(duì)柜體放電，造成硅橡膠絕緣套管碳化燒毀，直至單相接地短路。

1.5 結(jié)論

開關(guān)柜運(yùn)行條件惡劣，柜體凝霜結(jié)露極為嚴(yán)重是設(shè)備故障的誘因。柜間母線插頭定位裝置設(shè)計(jì)不合理，造成插頭硅橡膠絕緣套管密封不嚴(yán)，爬電距離不夠，造成B相對(duì)柜體放電，最終導(dǎo)致相對(duì)地短路故障。

其他原因還有設(shè)備維護(hù)不到位致使開關(guān)柜運(yùn)行環(huán)境惡劣，開關(guān)柜設(shè)計(jì)不合理，去濕、干燥設(shè)施未能正常運(yùn)行，施工過(guò)程中電纜進(jìn)線口封堵不嚴(yán)，開關(guān)柜母線排安裝端口與接地的金屬柜板太近且母線端口尖利，雖然滿足正常條件下室內(nèi)安裝的最小安全距離，但不滿足GB3906—1991嚴(yán)酷氣候條件下對(duì)金屬封閉開關(guān)柜的附加要求或類似戶外條件的最小安全距離。且母線端口尖利，在開關(guān)柜嚴(yán)重受潮、母線室凝霜結(jié)露極為嚴(yán)重的條件下，三相母線端口均對(duì)接地的金屬柜板尖端放電。在上述幾種因素的綜合作用下，相間及相對(duì)地絕緣喪失，最終導(dǎo)致裸露的母線發(fā)生相間短路故障。

1.6 建議

（1）已投運(yùn)設(shè)備，須對(duì)柜間母線插頭的接觸狀態(tài)和絕緣護(hù)套密閉狀態(tài)進(jìn)行檢查。加強(qiáng)現(xiàn)有運(yùn)行設(shè)備的巡視，增加潮濕季節(jié)、惡劣天氣的特巡工作，以便發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。（2）對(duì)于易凝露設(shè)備建議采取封堵及防潮、通風(fēng)措施。（3）建議對(duì)同廠家同型號(hào)的產(chǎn)品柜間母線插頭設(shè)計(jì)進(jìn)行改造。

2 開關(guān)柜放電原因分析

2.1 絕緣因素

（1）電氣設(shè)備的安全距離不夠。對(duì)于開關(guān)柜絕緣的要求主要體現(xiàn)在3個(gè)方面：最大耐受電壓、最小空氣絕緣距離和爬電比距。在開關(guān)柜運(yùn)行過(guò)程中，爬距及空氣間隙不夠是導(dǎo)致開關(guān)柜絕緣損壞事故發(fā)生的主要原因。工作人員需學(xué)習(xí)相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并采取相應(yīng)措施保證安全距離達(dá)標(biāo)［1］。（2）加工質(zhì)量差，做工粗糙。在電力設(shè)備生產(chǎn)中使用的低質(zhì)量產(chǎn)品破壞了設(shè)備的絕緣性能。對(duì)于開關(guān)柜，加工質(zhì)量水平及裝配切合度在很大程度上決定了其整體耐壓水平。比如說(shuō)一般的10kV開關(guān)柜主回路或聯(lián)絡(luò)橋銅排規(guī)格不同，其可通過(guò)增加冷縮管、熱縮管等絕緣層來(lái)提高安全性。當(dāng)開關(guān)柜處在高壓、高負(fù)荷環(huán)境中時(shí)，其銅排往往會(huì)受到一定程度的損壞，破壞絕緣層的性能，造成一次相間直接放電事故。

2.2 安裝及檢修因素

開關(guān)柜安裝工藝不良，會(huì)給設(shè)備帶來(lái)很大的安全隱患，比如在安裝過(guò)程中出現(xiàn)電纜絕緣層損壞、未排盡電纜頭內(nèi)部氣體、電纜屏蔽層接地不良從而形成環(huán)流等安全隱患。除了安裝，在設(shè)備檢修過(guò)程中也容易出現(xiàn)個(gè)別母排連接螺栓固定不牢固，運(yùn)行后連接處發(fā)熱，從而造成整段母線以及各出線強(qiáng)迫停電的情況。

2.3 環(huán)境因素

外在條件對(duì)于開關(guān)柜的長(zhǎng)期運(yùn)行具有很大影響，環(huán)境因素往往會(huì)限制開關(guān)柜的穩(wěn)定安全運(yùn)行。比如當(dāng)開關(guān)柜內(nèi)外溫差過(guò)大或空氣濕度超過(guò)允許范圍時(shí)，開關(guān)柜內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)凝露。在凝露的情況下，電氣設(shè)備的擊穿電壓會(huì)降低，絕緣材料性能也會(huì)下降，從而導(dǎo)致開關(guān)柜放電事故更易發(fā)生。此外，運(yùn)行環(huán)境中的污穢也會(huì)導(dǎo)致開關(guān)柜絕緣體表面發(fā)生閃絡(luò)放電。

2.4 操作因素

斷路器是10kV開關(guān)柜中的一次主體設(shè)備，其在運(yùn)行過(guò)程中要面臨大電流、高電壓等，而這些會(huì)影響到開關(guān)設(shè)備的工作狀態(tài)：（1）當(dāng)開關(guān)柜體部分機(jī)械強(qiáng)度不夠時(shí)，如有短路電流經(jīng)過(guò)開關(guān)，其在電動(dòng)力的作用下會(huì)導(dǎo)致開關(guān)柜柜體與開關(guān)之間發(fā)生一定程度的位移，并導(dǎo)致觸頭間的接觸電阻快速升高，從而產(chǎn)生電弧，甚至發(fā)生爆炸。（2）靜觸頭或動(dòng)觸頭在長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)程中會(huì)由于機(jī)械磨損而導(dǎo)致接觸點(diǎn)或接觸面減小，導(dǎo)致觸頭間接觸不良。（3）設(shè)備安裝時(shí)操作不當(dāng)會(huì)破壞整體結(jié)構(gòu)的完整性，比如動(dòng)觸頭插入不標(biāo)準(zhǔn)、接觸電阻過(guò)大，會(huì)引起不同的故障問(wèn)題。（4）操作過(guò)程中的拒動(dòng)和誤動(dòng)等均會(huì)導(dǎo)致開關(guān)柜故障的發(fā)生，如操動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械故障導(dǎo)致卡澀、部件變形或脫扣失靈等，以及電氣控制和輔助回路故障導(dǎo)致保護(hù)裝置難以正常運(yùn)行等。

3 改進(jìn)措施

為保證開關(guān)柜安全穩(wěn)定運(yùn)行，需多方采取安全有效的技術(shù)措施，通過(guò)提高開關(guān)柜絕緣安全裕度，確保其安全穩(wěn)定、節(jié)能經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行。

（1）提高絕緣性能。要定期檢查開關(guān)柜的絕緣性能。對(duì)于最易出現(xiàn)絕緣問(wèn)題的部位應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理。特別是對(duì)于穿柜套管，必須采用具有優(yōu)良的阻燃性和憎水性的環(huán)氧樹脂材料，同時(shí)還應(yīng)加設(shè)具有屏蔽均壓設(shè)計(jì)的絕緣件；對(duì)于柜間母線插頭的接觸狀態(tài)及絕緣護(hù)套的密閉狀態(tài)也應(yīng)定期進(jìn)行檢查；必要時(shí)可通過(guò)加裝絕緣套管或絕緣膠帶來(lái)提升接口處的絕緣性能。應(yīng)在開關(guān)柜投入運(yùn)行前測(cè)量和驗(yàn)證其電氣安全距離，如開關(guān)柜內(nèi)部導(dǎo)體相間及相對(duì)地空氣絕緣凈距等，以防廠家設(shè)計(jì)的開關(guān)柜絕緣安全距離不達(dá)標(biāo)引發(fā)相間短路。

（2）改善開關(guān)柜的驅(qū)潮能力。改善開關(guān)柜內(nèi)部的潮濕狀況，可以在滿足最小電氣空氣間隙的位置加裝加熱器，并在開關(guān)柜底部與頂部設(shè)置進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口，使得柜外的空氣在進(jìn)入開關(guān)柜進(jìn)行加熱后，通過(guò)設(shè)置在開關(guān)柜頂部的排風(fēng)口排出柜外，從而有效消除柜內(nèi)凝露，也有利于柜內(nèi)散熱。運(yùn)營(yíng)單位還需定期對(duì)開關(guān)柜內(nèi)部的潮濕情況進(jìn)行檢測(cè)，凝露嚴(yán)重時(shí)及時(shí)開展加熱除濕工作。對(duì)于排查困難的開關(guān)柜設(shè)備可以在內(nèi)部安裝智能測(cè)溫除濕模塊，以有效提高監(jiān)測(cè)效率，預(yù)防事故發(fā)生。

（3）提高安裝調(diào)試水平。開關(guān)柜的安裝調(diào)試在很大程度上決定了其是否能夠正常工作。為此，需加強(qiáng)對(duì)相關(guān)工作人員的培訓(xùn)和考察，確保安裝調(diào)試人員技術(shù)過(guò)關(guān)。

（4）保證良好的運(yùn)行環(huán)境。及時(shí)檢查開關(guān)柜內(nèi)加熱除濕裝置，保證其處于正常工作狀態(tài)；對(duì)孔洞進(jìn)行封堵，防止潮氣進(jìn)入柜內(nèi)；高壓室里的通風(fēng)窗及抽風(fēng)裝置應(yīng)加裝網(wǎng)柵或?yàn)V網(wǎng)，達(dá)到減少進(jìn)入室內(nèi)的塵埃、凈化通風(fēng)的目的；加強(qiáng)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)，要做到逢停必掃，保證絕緣狀態(tài)良好。

（5）重視開關(guān)柜的預(yù)防性試驗(yàn)。要重視開關(guān)柜及內(nèi)部設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn)，通過(guò)預(yù)防性試驗(yàn)可以有效判斷開關(guān)柜的運(yùn)行情況。同時(shí)要注意，在預(yù)防性試驗(yàn)過(guò)程中要遵循相應(yīng)的規(guī)程規(guī)范，假如試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)存在異常，需對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)分析并結(jié)合以往的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比論證，以得出可靠的結(jié)論。此外，結(jié)論的得出也不能只依靠一組數(shù)據(jù)，必須綜合分析多組數(shù)據(jù)來(lái)判斷和確定開關(guān)柜存在的安全隱患。在進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)后，需按時(shí)完成開關(guān)柜的復(fù)原工作，在復(fù)原過(guò)程中要注意柜內(nèi)接觸點(diǎn)和接觸面的良好，避免出現(xiàn)一些接觸不良引起的異常發(fā)熱問(wèn)題［2］。

（6）加強(qiáng)開關(guān)柜的巡視維護(hù)。10kV開關(guān)柜運(yùn)行效率的提高及故障率的降低離不開日常維護(hù)和檢修鞏固。在進(jìn)行日常巡視時(shí)，要特別注意開關(guān)柜的門和面板是否鎖緊，注意開關(guān)柜內(nèi)部的前上柜、前下柜、后柜的臟污情況和是否有異物存在。在進(jìn)行檢修時(shí)，要認(rèn)真做好隔室的清掃任務(wù)，確保無(wú)異物、無(wú)臟塵。在實(shí)際的檢修和維護(hù)中，應(yīng)特別關(guān)注開關(guān)柜內(nèi)部設(shè)備觸頭的檢查維護(hù)，要做到定期查看，保證觸頭部分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，沒(méi)有松動(dòng)及脫落。同時(shí)檢查觸頭外觀，觀察是否發(fā)生氧化變色，檢查觸頭和觸頭片表面的光滑程度。在驗(yàn)收和維護(hù)的工作完成后，應(yīng)對(duì)開關(guān)柜一、二次電纜的進(jìn)線處（特別是二次電纜進(jìn)線間的縫隙）和其他多余的孔洞的封堵情況進(jìn)行檢查，確保封堵完整有效。

4 結(jié)語(yǔ)

10kV開關(guān)柜具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、操作可靠等優(yōu)點(diǎn)，其在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用給生產(chǎn)、運(yùn)行、檢修和維護(hù)帶來(lái)了極大的便利及穩(wěn)定安全的保障。但我們也應(yīng)該看到，對(duì)于開關(guān)柜的防凝露、防異物等雖然已強(qiáng)調(diào)多年，但在實(shí)際運(yùn)行中仍然存在許多不足。我們必須重視這些問(wèn)題，并結(jié)合配網(wǎng)自動(dòng)化及最新的開關(guān)柜智能化技術(shù)，分析思考并找到相應(yīng)的改進(jìn)措施，才能更好地保障電網(wǎng)的安全生產(chǎn)。

［1］褚建平.淺析10kV高壓開關(guān)柜故障原因及防范措施［J］.民營(yíng)科技，2012（12）

［2］吳凌鸝.10kV開關(guān)柜常見(jiàn)故障綜述［J］.農(nóng)村電氣化，2014（11）