10KV開關(guān)柜電氣故障分析與處理

王春龍

(成都雙流國際機場股份有限公司， 四川 成都 610220

0 引言

近年來，我國經(jīng)濟社會不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)的負載也逐年增加，電力技術(shù)呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢。對于實際運行中缺陷及故障的分析可以有效提升系統(tǒng)運行的安全及穩(wěn)定性能，避免故障問題的再次發(fā)生，提升電力系統(tǒng)運行可靠性。文章對于電力系統(tǒng)開關(guān)柜運行故障進行了深入的探究，并對于其發(fā)生原因進行系統(tǒng)化分析，基于出現(xiàn)的問題提出建設(shè)性意見。

1 10 KV開關(guān)柜電氣故障主要類型

1.1 電壓互感器高壓熔斷器熔斷

電壓互感器高壓熔斷器熔斷是開關(guān)柜較易出現(xiàn)的故障之一，圖 1所示為電壓互感器接線原理圖，對于此故障進行分析發(fā)現(xiàn)，存在較多的影響因素。根據(jù)歐姆定律，功率為電壓的二次方與電阻的比值，因此，在電壓一定的情況下，功率與電阻呈反比例關(guān)系，當(dāng)電阻值不斷減小時，功率會不斷上升，長時間大功率狀態(tài)下熔斷器將過載，結(jié)果熔斷。因此，為避免熔斷器發(fā)生熔斷，需衡量熔斷器及運行電流的匹配程度，當(dāng)熔斷器容量偏小時熔斷器極易發(fā)生熔斷，此外，單相接地系統(tǒng)中鐵芯過飽和時勵磁電流將增大，也會引起熔斷器的熔斷故障。由于消諧裝置存在一定的延遲性，因此難以與低頻飽和電流進行匹配，也就難以起到防熔斷的作用。其次，鐵磁的簡諧振動也會引起熔斷器熔斷故障，由于開關(guān)柜單相接地故障會引發(fā)鐵磁諧振過電壓，回路鐵磁元件將損耗電阻，對于鐵磁諧振過電壓造成一定的限制，同時，鐵磁諧振也會降低電壓互感器的感抗，在大電流的作用下引發(fā)熔斷器熔斷；再次，在線性簡諧振動情況下電感及電阻將形成串聯(lián)回路，當(dāng)自振頻率與電源頻率相近時將出現(xiàn)過電壓故障，產(chǎn)生電壓諧振，最終導(dǎo)致熔斷器熔斷故障。

熔斷器熔斷故障主要包括線性簡諧振動、鐵磁簡諧振動以及單相接地等熔斷類型。其中，線性簡諧振動熔斷類型中，串聯(lián)電路等值自振頻率近似于電源頻率，因此電容元器件將出現(xiàn)高強度電壓，引起線性簡諧振動，而在振動過程中電流及電感電容元件受電阻的影響而引發(fā)熔斷；其次，鐵磁簡諧振動通常為單相接地故障引發(fā)的，鐵磁元件電阻損耗將導(dǎo)致過電壓，在鐵芯的飽和效應(yīng)限制下形成鐵磁簡諧振動，并導(dǎo)致電壓互感器功能下降，造成電壓互感器熔斷；單相接地熔斷故障在10kV開關(guān)柜中較為常見，主要是互感器鐵芯的過飽和所導(dǎo)致的，進而造成工作磁場的故障，引發(fā)消諧裝置響應(yīng)延遲，消諧裝置難以發(fā)揮正常功能。

圖1 電壓互感器接線原理圖

1.2 相間短路故障

在單相接地電路系統(tǒng)中，電壓互感器鐵芯將處于過飽和狀態(tài)，導(dǎo)致勵磁電流急劇上升，并最終導(dǎo)致熔斷器被熔斷，而該故障會進一步造成元器件的絕緣性能降低，使得電壓互感器高壓熔斷器熔斷，若處理不當(dāng)，不僅會降低元器件的絕緣水平，而且在潮濕天氣下，將導(dǎo)致元器件擊穿，進而增大阻容吸收器接地電阻，局部過電壓將造成相間短路，并出現(xiàn)柜線跳閘，在電弧作用下將擊穿三相元器件，熔斷器發(fā)生爆裂，并炸毀開關(guān)柜門，甚至引發(fā)人員傷亡。

2 10 kV開關(guān)柜電氣出現(xiàn)故障的處理

2.1 電壓互感器高壓熔斷器熔斷故障處理

第一，采取零序電壓互感器方法，利用固有電阻的消諧功能可抑制諧振；其次，優(yōu)化開口三角繞組，以降低諧振發(fā)生率，而電壓互感器容量的提升有利于抑制諧波，而長時間的互感器超載將會熔斷保險絲；再次，改變參數(shù)來調(diào)節(jié)諧振頻率。在母線上增設(shè)電容器可抑制諧振，單相接地時可避免鐵芯發(fā)生飽和，因此可降低勵磁電流，防止諧振故障的產(chǎn)生；最后，高壓側(cè)中性點加裝電阻也可以防止諧振的發(fā)生。

線性簡諧振動熔斷處理中，可以在中性點增加電阻來避免線性諧振，如在開口三角繞組處增加阻尼電阻、電壓互感器的中性點增加電阻等方式，當(dāng)電流強度增大后，電阻值將減小，將較好地抑制過電壓諧振；鐵磁簡諧振動熔斷處理中，改變參數(shù)可抑制諧振的發(fā)生，如變壓站母線上選用高性能電壓互感器，避免鐵芯發(fā)生過飽和，因此勵磁電流難達到一定值，故可避免諧振的發(fā)生，實際應(yīng)用中，消弧線圈對于防止鐵磁發(fā)生簡諧振動有較好的效果，不僅可以做到中性點消弧，同時也可完全屏蔽鐵磁諧振，避免鐵磁諧振引起熔斷故障；單相接地熔斷處理中，零序電壓互感器可通過改變接線方式來消除諧振，開口三角繞組加裝阻尼有利于增加電壓互感器容量，達到抑制諧波的目的。

2.2 相間短路故障處理

主要包括以下幾方面處理措施：首先，對開關(guān)柜進行除濕，可考慮裝設(shè)除濕器，以維持柜內(nèi)干燥度，降低元器件擊穿風(fēng)險；其次，開關(guān)柜安裝需依據(jù)設(shè)計要求進行，避免過大的接地電阻及局部過電壓，對設(shè)備接地進行處理，以防相間短路故障；其次，需對于易損件如電壓互感器等進行定期的檢修及更換；再次，維持較好的母線絕緣性能，避免母線相間短路和燒毀。

3 10 kV開關(guān)柜故障防范措施

3.1 加強運行管理

（1）推進開關(guān)柜設(shè)備定期檢修機制的建立，并注意隔離開關(guān)法蘭及絕緣子瓷件是否有裂縫，瓷件是否存在異常電暈；

（2）斷路器出現(xiàn)故障后需及時進行全面的檢查；

（3）10kV開關(guān)柜的斷路器出現(xiàn)斷路器分合閘閉鎖或油量不足等故障時應(yīng)立即停機，并進行全面檢修處理；

（4）開關(guān)倒閘時應(yīng)全面監(jiān)控隔離開關(guān)性能及動作，避免出現(xiàn)卡澀故障，對于運行中問題及時分析原因并做處理，避免強行動作。

3.2 提高性能設(shè)計與安全設(shè)計水平

（1）定期對于設(shè)備運行特性進行系統(tǒng)化檢查，制定檢修計劃，并進行整定測試，避免維護不當(dāng)引發(fā)事故，若設(shè)備工作異常，需依據(jù)溫度、振動、聲音等指標(biāo)，開展診斷，并對光字牌、信號等設(shè)備進行分析，持續(xù)做好跟蹤監(jiān)視，加強調(diào)試，用紅外測溫儀等設(shè)備對開關(guān)柜的導(dǎo)電回路進行帶電測溫，防止溫升過快；

（2）在電網(wǎng)中接入開關(guān)柜設(shè)備的時候，需充分考慮電壓的承受作用，避免元器件質(zhì)量問題加劇以及運行條件惡化。開關(guān)柜制造需關(guān)注其絕緣性能，做好絕緣件的設(shè)計，在滿足機械強度的基礎(chǔ)上，承受規(guī)定的電壓；

（3）絕緣件設(shè)計及制造中采用阻燃絕緣材料，避免使用有機絕緣材料。充分注意元件選擇，電壓互感器需具備較好的伏安特性，帶電體對地距離不小125mm。

4 結(jié)語

實際應(yīng)用中，10kV開關(guān)柜類別形式呈現(xiàn)多樣化。依據(jù)開關(guān)柜的形式可分為全封閉式（金屬）與半封閉式，依據(jù)斷路器的型號包括少油開關(guān)柜及真空式開關(guān)柜等，經(jīng)歷了長期的發(fā)展過程，目前開關(guān)柜逐漸呈現(xiàn)集成化發(fā)展，開關(guān)柜組件涵蓋了高壓斷路器及熔斷器、電壓互感器、開關(guān)等，引起開關(guān)柜故障的原因是多方面的，如安裝工藝、開關(guān)柜間距及絕緣性差異等。開關(guān)柜設(shè)計過程中應(yīng)按照設(shè)計規(guī)范進行操作，并依據(jù)工作需要改進繼電器設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，提高其運行質(zhì)量水平，安全設(shè)計是開關(guān)柜的重要設(shè)計原則及標(biāo)準(zhǔn)。

[1]李占儒.10kV開關(guān)柜運行中故障原因分析[J].風(fēng)能,2012(02)

[2]劉小剛,潘寅.論 6～10kV 配電系統(tǒng)高壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].企業(yè)科技與發(fā)展,2011(01)