10 kV開關(guān)柜故障成因分析及處理措施

潘志騰

泉州億興電力工程建設(shè)有限公司泉州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)分公司（福建 泉州 362000）

0 引言

當(dāng)前，我國(guó)電力系統(tǒng)對(duì)10 kV開關(guān)柜的使用十分普遍，其作為電力系統(tǒng)的重要裝置之一，不僅能夠根據(jù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)故障情況的連接設(shè)備斷開處理，而且對(duì)電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定供電運(yùn)行有著充分的支持作用。因此，加強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)的10 kV開關(guān)柜運(yùn)行故障及其處理對(duì)策的研究，具有十分積極的作用。

1 10 kV開關(guān)柜在電力系統(tǒng)運(yùn)行中的重要作用

（1）能夠進(jìn)行10 kV及以下正常線路與設(shè)備的斷開、關(guān)合支持，在電力系統(tǒng)運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)電力負(fù)荷的倒換與傳輸。

（2）能夠在電力系統(tǒng)運(yùn)行故障狀態(tài)下，通過(guò)退出故障設(shè)備與故障線路等方式，為整個(gè)電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行提供支持。

（3）能夠?qū)崿F(xiàn)兩端電力線路和電力系統(tǒng)的有效分離與割開。

（4）能夠測(cè)量電力系統(tǒng)中10 kV電力線路的電壓以及電流參數(shù)，并根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行故障保障支持等。

（5）能夠通過(guò)進(jìn)行系統(tǒng)線路或設(shè)備的可靠接地退出操作，為電力系統(tǒng)的整個(gè)線路與設(shè)備安全運(yùn)行提供支持。

2 10 kV開關(guān)柜運(yùn)行中的常見故障及成因分析

2.1 10 kV開關(guān)柜的常見故障

受10 kV開關(guān)柜在電力系統(tǒng)運(yùn)行中應(yīng)用的長(zhǎng)期高壓與大電流運(yùn)行環(huán)境影響，其實(shí)際運(yùn)行中不可避免地會(huì)發(fā)生一些故障。某電力系統(tǒng)10 kV開關(guān)柜在2018—2020年期間工作運(yùn)行中所出現(xiàn)的故障情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。由表1可以看出，10 kV開關(guān)柜在電力系統(tǒng)運(yùn)行中應(yīng)用的常見故障主要為發(fā)熱故障以及絕緣故障，其在10 kV開關(guān)柜的各類故障中約占40.8%和36.8%。

2.2 10 kV開關(guān)柜的故障成因分析

（1）發(fā)熱故障。10 kV開關(guān)柜運(yùn)行中出現(xiàn)發(fā)熱故障，主要與導(dǎo)電回路有關(guān)。常見的發(fā)熱情況包含接頭發(fā)熱、導(dǎo)體發(fā)熱、渦流發(fā)熱等。在開關(guān)柜的發(fā)熱量超出其排出標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就會(huì)發(fā)生開關(guān)柜溫度異常升高情況，嚴(yán)重時(shí)甚至引發(fā)安全事故。10 kV高壓開關(guān)柜的運(yùn)行原理圖如圖1所示。由圖1可知，在10 kV開關(guān)柜的各種發(fā)熱情況中，導(dǎo)體發(fā)熱受長(zhǎng)期較高負(fù)荷電流通過(guò)等因素作用，在高負(fù)荷狀態(tài)下的母排發(fā)熱表現(xiàn)更加明顯。現(xiàn)階段，市場(chǎng)中存在的母排產(chǎn)品，其生產(chǎn)制造過(guò)程中如果含有一定雜質(zhì)，也會(huì)導(dǎo)致母排的電阻率較高，進(jìn)而導(dǎo)致在較高電流負(fù)荷經(jīng)過(guò)時(shí)出現(xiàn)熱量增加等情況[1]。與導(dǎo)體發(fā)熱情況不同，接頭發(fā)熱主要發(fā)生在刀閘的接頭以及引線、互感器接線板等連接部位。在上述連接部位出現(xiàn)接觸不良或電化學(xué)腐蝕影響等情況時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致接頭發(fā)熱故障發(fā)生。針對(duì)變電站高壓開關(guān)柜發(fā)熱故障設(shè)計(jì)的快速弧光保護(hù)裝置所監(jiān)測(cè)的開關(guān)柜弧光發(fā)熱及損傷變化曲線圖如圖2所示。

表1 某電力系統(tǒng)10 kV開關(guān)柜2018—2020年期間運(yùn)行故障統(tǒng)計(jì)

圖1 10 kV高壓開關(guān)柜的運(yùn)行原理圖

（2）絕緣故障。10 kV開關(guān)柜運(yùn)行中的絕緣故障，是由于絕緣放電問(wèn)題引起的。在導(dǎo)體相間或支柱瓷瓶閃絡(luò)、對(duì)地閃絡(luò)等情況下，均會(huì)發(fā)生絕緣放電。此外，10 kV開關(guān)柜絕緣故障的發(fā)生，與其運(yùn)行環(huán)境較差也有一定的關(guān)系。尤其是一些工業(yè)較為發(fā)達(dá)的地區(qū)，其開關(guān)柜內(nèi)部的絕緣子以及套管等在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行下會(huì)存在較多污穢堆積，再加上空氣濕度較高，就會(huì)引起一些絕緣子支柱的泄漏距離偏小，從而發(fā)生污閃等絕緣故障。

圖2 燃弧對(duì)高壓開關(guān)柜的損壞影響變化曲線圖

（3）電氣元件故障等。10 kV開關(guān)柜運(yùn)行中的電氣元件故障，主要表現(xiàn)為開關(guān)柜的避雷器以及帶電顯示器、電壓互感器等在長(zhǎng)期運(yùn)行中發(fā)生故障，對(duì)其安全與可靠運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。開關(guān)柜運(yùn)行中的機(jī)械傳動(dòng)操作機(jī)構(gòu)故障，表現(xiàn)為操作機(jī)構(gòu)存在彎曲變形以及傳動(dòng)銷發(fā)生斷裂、拐臂斷裂、連桿拉斷等[2]。上述故障不僅會(huì)導(dǎo)致開關(guān)柜的機(jī)械傳動(dòng)操作機(jī)構(gòu)連桿出現(xiàn)脫落，嚴(yán)重情況下還會(huì)出現(xiàn)開關(guān)機(jī)構(gòu)的操作失靈，從而引起開關(guān)拒分等。

3 10 kV開關(guān)柜運(yùn)行故障的處理對(duì)策

（1）從開關(guān)柜的設(shè)計(jì)與制造階段，加強(qiáng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的嚴(yán)格控制。在開關(guān)柜設(shè)計(jì)中，有關(guān)生產(chǎn)與設(shè)計(jì)廠家需通過(guò)充分的調(diào)研分析，結(jié)合客戶的意見和需求，對(duì)開關(guān)柜產(chǎn)品進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。同時(shí)，注意結(jié)合開關(guān)柜所在電網(wǎng)的運(yùn)行條件及其實(shí)際情況，從具體需求出發(fā)，堅(jiān)持因地制宜原則進(jìn)行開關(guān)柜設(shè)計(jì)和制造。對(duì)開關(guān)柜設(shè)計(jì)與制造中使用的元器件，也應(yīng)加強(qiáng)質(zhì)量控制，以避免對(duì)開關(guān)柜的設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量產(chǎn)生影響[3]。比如，在金屬封閉高壓開關(guān)柜中，梅花觸頭廣泛應(yīng)用，但在高壓開關(guān)柜運(yùn)行過(guò)程中，也會(huì)出現(xiàn)梅花觸頭接觸不良引起的發(fā)熱情況。因此，在高壓開關(guān)柜的梅花觸頭性能試驗(yàn)分析中，可根據(jù)其觸頭表面狀況以及接觸壓力、觸頭電阻率等影響因素，通過(guò)公式（1）進(jìn)行計(jì)算分析，從而有效避免其在高壓開關(guān)柜運(yùn)行中的接觸不良問(wèn)題。

式中：RK為接觸電阻；KC為接觸壓力；FK為接觸材料的系數(shù)。

（2）加強(qiáng)開關(guān)柜出廠安裝過(guò)程中的調(diào)試與試驗(yàn)檢測(cè)，以確保其各項(xiàng)性能與結(jié)構(gòu)合理。對(duì)開關(guān)柜的安裝調(diào)試與試驗(yàn)分析，主要是針對(duì)開關(guān)柜的絕緣和耐壓性能進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。10 kV開關(guān)柜的導(dǎo)電回路電阻試驗(yàn)接線示意圖如圖3所示。

圖3 10 kV開關(guān)柜的導(dǎo)電回路電阻試驗(yàn)接線示意圖

開關(guān)柜的耐壓試驗(yàn)分析主要是為了檢驗(yàn)開關(guān)柜主回路的工頻絕緣水平，具體試驗(yàn)操作如下：首先斷開負(fù)荷開關(guān)，將開關(guān)一側(cè)接地，然后利用試驗(yàn)變壓器對(duì)另一側(cè)以及地之間進(jìn)行48 kV的高壓施加，時(shí)間控制為60 s；控制負(fù)荷開關(guān)為閉合狀態(tài)，在兩相接地條件下，利用試驗(yàn)變壓器在另一相與地之間進(jìn)行42 kV的高壓施加，時(shí)間控制為60 s。在開關(guān)柜回路直流電阻測(cè)試中，依照設(shè)備出廠的試驗(yàn)值進(jìn)行判斷，對(duì)所測(cè)量獲取的電阻R，應(yīng)符合公式（2）的條件要求。

式中：Ru為產(chǎn)品型式試驗(yàn)中的溫升試驗(yàn)前主回路電阻值。

（3）加強(qiáng)對(duì)開關(guān)柜運(yùn)行環(huán)境的改善和優(yōu)化，并加大對(duì)開關(guān)柜運(yùn)行的巡檢維護(hù)，從而避免其運(yùn)行故障。例如，對(duì)雨水分布較多的地區(qū)，需要加強(qiáng)排水設(shè)計(jì)和防護(hù)；對(duì)開關(guān)柜夏季運(yùn)行的負(fù)荷高峰期，應(yīng)加強(qiáng)其通風(fēng)散熱管理等。

4 結(jié)束語(yǔ)

就10 kV開關(guān)柜運(yùn)行中的常見故障及成因、對(duì)策進(jìn)行研究，有利于有效控制和避免10 kV開關(guān)柜運(yùn)行中的各類故障問(wèn)題，使其在電力系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)揮重要作用，推動(dòng)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定與高效運(yùn)行，不斷滿足人們的電力供應(yīng)需求。