10kV開關(guān)柜隱患綜合治理

黃芳明

（國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司漣源市供電分公司）

0 引言

隨著近年來10kV開關(guān)柜應(yīng)用越來越廣泛，開關(guān)柜的故障也呈現(xiàn)頻發(fā)態(tài)勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析發(fā)現(xiàn)，主要有以下幾方面的問題：一是開關(guān)柜本體方面，主要有金屬部件、絕緣件材質(zhì)不合格，互感器勵(lì)磁特性或伏安特性不合格；二是運(yùn)行環(huán)境方面，主要有防小動(dòng)物措施不到位，除濕設(shè)備配置不足，安裝位置不佳或運(yùn)行設(shè)置不佳產(chǎn)生的凝露、積灰引起設(shè)備絕緣能力降低；三是安裝、檢修質(zhì)量方面，主要有工藝不良，如螺栓緊固未到位，接觸面檢查、打磨不到位，絕緣件在運(yùn)輸或安裝過程中損壞等。因此，需要針對(duì)性地開展開關(guān)柜隱患排查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的缺陷和隱患，并整改消缺，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 10kV開關(guān)柜常見問題隱患

1.1 開關(guān)柜運(yùn)行環(huán)境方面

1）開關(guān)柜電力孔洞封堵、防小動(dòng)物擋板、高壓室門窗、通風(fēng)窗封堵等防小動(dòng)物措施不到位，易引發(fā)小動(dòng)物短路。

2）柜內(nèi)絕緣子、母線、穿屏套管和觸頭盒表面運(yùn)行積灰，易產(chǎn)生沿面放電。

3）空調(diào)、除濕機(jī)、加熱驅(qū)潮裝置等防潮防凝露措施不到位，易發(fā)生設(shè)備凝露閃絡(luò)事故［3］。

1.2 開關(guān)柜本體方面

1.2.1 開關(guān)柜發(fā)熱

斷路器觸頭的鍍銀層不合格、斷路器觸頭的彈簧不合格、插入深度不夠等易導(dǎo)致斷路器發(fā)熱；大型電流互感器未采用穿芯式互感器增加發(fā)熱接觸面；鋁母排與靜觸頭、電流互感器銅鋁直接接觸等易導(dǎo)致接觸面發(fā)熱；母線室、斷路器室無散熱風(fēng)扇和散熱通道不利于發(fā)熱量散發(fā)［5］。

1.2.2 開關(guān)柜振動(dòng)

主母線無支柱絕緣子或支柱絕緣子的間距不符合要求、封閉母線橋無伸縮節(jié)、柜體無減振密封條等易導(dǎo)致振動(dòng)。

1.2.3 開關(guān)柜放電

柜內(nèi)絕緣件爬電距離、傘裙數(shù)不滿足要求，潮濕天氣易導(dǎo)致放電；出線電纜頭制作時(shí)未按工藝要求制作，半導(dǎo)體層與絕緣層之間產(chǎn)生氣隙，導(dǎo)體表面不光滑，安裝時(shí)三角叉安裝位置過低，相間交叉且絕緣距離不夠等導(dǎo)致放電；柜內(nèi)避雷器引線交叉易導(dǎo)致相間放電；柜內(nèi)避雷器、套管絕緣距離不滿足要求，母線未倒角、螺栓端部過長(zhǎng)易導(dǎo)致尖端放電［4］。

1.2.4 互感器勵(lì)磁特性或伏安特性不合格

10kV開關(guān)柜內(nèi)的電壓互感器空載勵(lì)磁特性曲線的拐點(diǎn)電壓不滿足要求，容易燒毀互感器；電流互感器伏安特性不合格，故障情況下電流互感器飽和易造成保護(hù)拒動(dòng)。

1.2.5 開關(guān)柜材質(zhì)不符合要求

穿屏套管、觸頭盒等絕緣材料為非環(huán)氧樹脂材料，易起火造成火燒連營(yíng)。

2 10k V開關(guān)柜隱患排查要點(diǎn)

2.1 開關(guān)柜運(yùn)行環(huán)境隱患排查

利用日常巡檢和季節(jié)性大檢查的機(jī)會(huì)，對(duì)開關(guān)柜防潮凝露、防小動(dòng)物隱患進(jìn)行排查：

1）防小動(dòng)物措施排查。檢查高壓室是否配置防小動(dòng)物擋板，高度是否滿足要求，高壓室門窗和通風(fēng)窗是否破損。

2）防潮防凝露措施排查。檢查高壓室內(nèi)空調(diào)、除濕機(jī)配置是否齊全，功率是否滿足高壓室面積要求，安裝位置是否正確，溫濕度控制設(shè)置是否正確，排水管是否引至室外；開關(guān)柜內(nèi)有無加熱驅(qū)潮裝置，溫濕度控制設(shè)置是否正確。

3）封堵及通風(fēng)排查。檢查電纜溝進(jìn)入高壓室、電纜溝進(jìn)入開關(guān)柜孔洞是否封堵嚴(yán)；高壓室大門、窗戶是否密封，通風(fēng)窗的排風(fēng)口是否通暢，排風(fēng)口是否有防動(dòng)物格柵。

2.2 開關(guān)柜本體隱患排查

（1）開關(guān)柜發(fā)熱隱患排查

1）觸摸柜體表面是否發(fā)熱，用紅外測(cè)溫儀測(cè)量柜體溫度，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向和橫向?qū)Ρ取?/p>

2）結(jié)合停電機(jī)會(huì)檢查斷路器隔離觸頭表面是否有氧化、發(fā)熱和燒傷痕跡，測(cè)量插入深度是否滿足10～20mm的要求，用鍍銀層測(cè)試儀測(cè)量觸頭表面的鍍銀層厚度是否大于0.6μm，用彈簧壓力測(cè)試儀器測(cè)試觸頭彈簧壓力是否合格。

4）結(jié)合停電機(jī)會(huì)開展全導(dǎo)電回路電阻測(cè)試。

5）結(jié)合停電機(jī)會(huì)檢查穿屏套管開槽情況及其安裝板材的材質(zhì)性質(zhì)。

6）結(jié)合停電機(jī)會(huì)檢查主變進(jìn)線、母線分段等大電流開關(guān)柜的電流互感器是否采用穿心式互感器，其母線室、斷路器室是否安裝有散熱風(fēng)扇和散熱通道。

8）結(jié)合停電機(jī)會(huì)檢查柜內(nèi)母排的制作工藝是否合格。

（2）開關(guān)柜振動(dòng)隱患排查

1）觸摸柜體表面是否有振動(dòng)感，是否有振動(dòng)聲異響。

2）開展震動(dòng)噪聲測(cè)試，檢查測(cè)試結(jié)果是否超標(biāo)。

3）結(jié)合停電機(jī)會(huì)檢查封閉母線橋與主變進(jìn)線開關(guān)柜之間有無伸縮節(jié)。

4）結(jié)合停電機(jī)會(huì)檢測(cè)開關(guān)柜有無減振密封條。

（3）開關(guān)柜放電隱患排查

除了“U”字形的城市外圍的綠化帶外，城市內(nèi)部開放空間主要包含公園、廣場(chǎng)、路邊休憩等類型，其中大大小小公園共有十余處。但是城區(qū)現(xiàn)狀功能分區(qū)散亂，各類用地布局混雜，缺乏系統(tǒng)安排；空間效率較低；老城區(qū)空間布局零碎，城中村問題普遍，平房多，土地利用效率較低。

1）結(jié)合停電機(jī)會(huì)測(cè)量柜內(nèi)支柱絕緣子、穿屏套管、觸頭盒等絕緣件的材質(zhì)表面是否有放電痕跡，材質(zhì)是否為環(huán)氧樹脂，其爬電距離、傘裙數(shù)是否滿足要求（瓷質(zhì)絕緣應(yīng)≥18mm／kV，有機(jī)絕緣應(yīng)≥20mm／kV）［1］。

2）結(jié)合停電機(jī)會(huì)檢查電纜頭的制作、安裝工藝，表面有無放電痕跡和異響，三角叉安裝位置是否在開關(guān)柜底板之上，相間是否存在交叉，相間絕緣距離是否符合要求。

3）檢查避雷器安裝位置是否合適，其引線本身或與電纜是否存在交叉；避雷器、套管相間及對(duì)地絕緣距離是否滿足要求［1］。

4）結(jié)合季節(jié)性大檢查對(duì)開關(guān)柜開展暫態(tài)地電壓局部放電檢測(cè)，檢測(cè)開關(guān)柜內(nèi)是否存在放電現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)有放電缺陷的，重點(diǎn)分析放電原因，并對(duì)同站設(shè)備舉一反三進(jìn)行排查，全面治理到位［2］。

5）檢查柜內(nèi)母排邊角及母線、絕緣子表面積灰情況。

（4）開關(guān)柜內(nèi)互感器勵(lì)磁特性或伏安特性檢查

1）通過查看歷史試驗(yàn)報(bào)告或停電試驗(yàn)手段檢查10kV開關(guān)柜內(nèi)電壓互感器的空載勵(lì)磁特性曲線拐點(diǎn)電壓是否滿足的要求［1］。

2）通過查看歷史試驗(yàn)報(bào)告或停電試驗(yàn)手段檢查10kV開關(guān)柜內(nèi)電流互感器伏安特性是否滿足要求。

3 開關(guān)柜隱患治理

3.1 開關(guān)柜運(yùn)行環(huán)境隱患治理主要措施

3.1.1 建立防小動(dòng)物四道防線，強(qiáng)化防小動(dòng)物治理

1）入溝防線。通過變電站設(shè)備日常巡視檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜溝及電纜溝蓋板的破損情況，限期整改修復(fù)，在修復(fù)前采取臨時(shí)封堵措施，防止小動(dòng)物進(jìn)入電纜溝內(nèi)，構(gòu)筑防小動(dòng)物第一道入溝基礎(chǔ)防線。

2）入室防線。首先將電纜溝進(jìn)入高壓室的防火隔墻用防火磚加防火隔板的方式進(jìn)行全密封改造，有效避免以前防火泥因時(shí)間長(zhǎng)引起的沉降，其次每年通過季節(jié)性大檢查認(rèn)真檢查該處防火墻的封閉情況，并將檢查情況拍照存檔，發(fā)現(xiàn)問題在現(xiàn)場(chǎng)采用臨時(shí)封堵措施后，限期整改，構(gòu)筑防小動(dòng)物第二道入室關(guān)鍵防線。

3）入屏防線。將一二次電纜進(jìn)出開關(guān)柜的孔洞采用兩層均封堵的方法，構(gòu)筑防小動(dòng)物第三道入屏堅(jiān)固防線。

4）管理防線。除完成例行的日常維護(hù)工作外，管理工作著重強(qiáng)化施工過程管控與驗(yàn)收把關(guān)。通過現(xiàn)場(chǎng)巡視檢查以及與值守人員聯(lián)動(dòng)的方式，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工過程進(jìn)行跟蹤，了解實(shí)時(shí)工程進(jìn)度，對(duì)防小動(dòng)物措施的破壞情況，適時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并提出整改要求，驗(yàn)收時(shí)安排專人對(duì)防火堵洞進(jìn)行仔細(xì)驗(yàn)、重點(diǎn)驗(yàn)。

3.1.2 開展設(shè)備防凝露治理

1）設(shè)置防潮屏障，阻斷潮氣來源。一是全面清理整改該站高壓室的防火堵洞，防止潮氣從室外進(jìn)入電纜溝再進(jìn)入開關(guān)柜內(nèi)部。二是在進(jìn)風(fēng)口內(nèi)側(cè)安裝可開、關(guān)的玻璃推窗；在排風(fēng)扇外側(cè)安裝活頁，在不開啟風(fēng)扇時(shí)，活頁呈關(guān)閉狀態(tài)。通過以上兩點(diǎn)降低室內(nèi)外空氣流通交換速度，阻斷潮氣來源［3］。

2）科學(xué)配置和安裝除濕設(shè)備。一是根據(jù)高壓室的大小、室內(nèi)設(shè)備的類型，選擇安裝不同容量的除濕機(jī)、空調(diào)；二是根據(jù)高壓室內(nèi)部構(gòu)造及設(shè)備布局，確定除濕設(shè)備的安裝位置，一般除濕機(jī)安裝在開關(guān)柜位置的中段，空調(diào)安裝在開關(guān)柜的兩端或間隙位置；三是開關(guān)柜內(nèi)驅(qū)潮裝置改為50W 加熱器或冷凝除濕器，電源回路與照明單獨(dú)裝設(shè)快分開關(guān)，提高開關(guān)柜內(nèi)溫度或降低開關(guān)柜內(nèi)濕度，消除凝露產(chǎn)生條件。

3）制訂運(yùn)維工作要求，落實(shí)防凝露具體措施。一是固化設(shè)置。除濕機(jī)停止值設(shè)為50%，提升除濕效率；空調(diào)工作模式為自動(dòng)，溫度固化（夏天為25～28℃，冬天為19～22℃），左右掃風(fēng)、上下掃風(fēng)，取消面板按鍵功能。通過以上兩點(diǎn)設(shè)置改變空氣流通布局，加快室內(nèi)空氣循環(huán)流動(dòng)速度，避免室內(nèi)溫度變化過快、過多。二是建立巡查機(jī)制。日常巡視要求檢查并記錄變電站環(huán)境溫濕度及室、柜內(nèi)溫濕度情況，當(dāng)環(huán)境濕度超過90%，室內(nèi)濕度超過70%，室外柜內(nèi)濕度超過70%，應(yīng)重點(diǎn)檢查設(shè)備凝露及驅(qū)潮裝置、空調(diào)、除濕機(jī)和排風(fēng)扇的運(yùn)行情況。三是按照季節(jié)性特點(diǎn)，對(duì)除濕設(shè)備開展全面維護(hù)。如每年夏冬季來臨前對(duì)空調(diào)進(jìn)行全面維護(hù)一次，每年10月對(duì)驅(qū)潮裝置全面開啟檢查等。

3.2 開關(guān)柜本體隱患治理措施

3.2.1 開關(guān)柜發(fā)熱隱患治理措施

1）對(duì)接觸面不平整及不光滑的進(jìn)行打磨；對(duì)母線室、電纜室以及各部件的螺栓進(jìn)行全面緊固，防止接觸面接觸不良發(fā)熱。

2）對(duì)開關(guān)柜內(nèi)的穿屏套管的安裝板材開封槽并加裝鋁板，防止渦流發(fā)熱。

3）更換鍍銀層不合格、搭接面只有一個(gè)螺栓緊固且插入深度不合格的斷路器靜觸頭，更換為多孔的靜觸頭和觸頭盒，增加靜觸頭與匯流排的有效接觸面積，防止接觸面積不足發(fā)熱。

4）將開關(guān)柜內(nèi)分支鋁排更換為銅排，搭接面鍍銀，防止銅鋁接觸面電腐蝕產(chǎn)生氧化層導(dǎo)致發(fā)熱。

5）將大電流開關(guān)柜（母線分段柜、主變進(jìn)線柜）的電流互感器更換為穿心式互感器，減少接觸面。

6）采取對(duì)所有開關(guān)柜頂板開散熱孔，大電流開關(guān)柜的母線室、斷路器室安裝散熱風(fēng)扇，后屏柜及封閉母線橋加裝散熱板，雙母排之間留散熱間距等措施，確保散熱通道通暢。

3.2.2 開關(guān)柜振動(dòng)隱患治理措施

1）根據(jù)10kV母線室內(nèi)安裝標(biāo)準(zhǔn)，在主母線上加裝絕緣子和母線線夾，且母線絕緣子固定點(diǎn)的距離≤1000mm。

2）在高壓室內(nèi)主變進(jìn)線母線上加裝伸縮節(jié)，防止主變壓器的震動(dòng)傳至開關(guān)柜主母線。

3）在開關(guān)柜頂部蓋板加裝減振密封條，防止共振。

4）對(duì)開關(guān)柜內(nèi)所有螺栓進(jìn)行緊固，防止螺絲松動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)。

3.3.3 開關(guān)柜放電隱患治理措施

1）防止尖端放電。改善開關(guān)柜內(nèi)母排的制作工藝，如減少母排與母排搭接處母排伸出搭接面的長(zhǎng)度，對(duì)未倒角的連接排進(jìn)行圓角工藝處理；縮短連接螺栓的長(zhǎng)度，保證螺帽安裝好后長(zhǎng)出螺栓端面2～3牙的長(zhǎng)度，或改變螺栓安裝方向，將固定螺栓改用內(nèi)六角螺栓，防止端部放電。

2）防止空氣絕緣擊穿放電。對(duì)柜內(nèi)電纜頭進(jìn)行整改，確保相間不交叉、三角口位于電纜室底板之上、電纜吊牌位于三角口之下，保持相間絕緣層5mm以上空氣間隙；對(duì)避雷器引線與電纜之間交錯(cuò)且空氣絕緣距離不夠的進(jìn)行整改。

3）防止絕緣子、套管表面放電。結(jié)合整站、整段母線停電，對(duì)開關(guān)柜內(nèi)所有設(shè)備、絕緣子、套管表面進(jìn)行清掃，對(duì)爬距不滿足要求的絕緣子、套管進(jìn)行更換［6］。

4）試驗(yàn)不合格互感器更換

對(duì)勵(lì)磁特性不合格電壓互感器和伏安特性不合格的電流互感器申報(bào)技改項(xiàng)目進(jìn)行更換。

4 案例分享

4.1 缺陷情況

某變電站開關(guān)柜紅外測(cè)溫發(fā)熱嚴(yán)重，停電進(jìn)行了徹底檢查，發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)積灰嚴(yán)重，大部分熱縮套已經(jīng)開裂，斷路器觸頭及觸指有嚴(yán)重過熱痕跡，銅鋁接觸面已經(jīng)嚴(yán)重腐蝕且有嚴(yán)重發(fā)熱痕跡，斷路器觸臂絕緣件已經(jīng)產(chǎn)生嚴(yán)重龜裂，A相滅弧室的絕緣筒已經(jīng)產(chǎn)生裂縫且有放電痕跡，如圖1～圖7所示。

圖1 開關(guān)柜發(fā)熱缺陷

圖7 開關(guān)柜觸指發(fā)熱燒損

圖2 開關(guān)柜發(fā)熱缺陷

圖3 開關(guān)柜觸頭過熱燒痕

圖4 開關(guān)柜積灰嚴(yán)重

圖6 開關(guān)柜發(fā)熱燒損

4.2 原因分析

4.2.1 開關(guān)柜存在設(shè)計(jì)缺陷

1）主母線為2×100×10的雙鋁排。鋁的電阻率為2.83×10－8Ωm，而銅的電阻率為1.75×10－8Ωm，在大電流的情況下，鋁排發(fā)熱明顯大大高于銅牌。況且由于鋁排硬度遠(yuǎn)低于銅牌，緊固螺絲的工藝要求非常高，太松則壓緊力不夠，太緊則會(huì)造成鋁排局部變形，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后同樣引起壓緊力不夠。

2）大電流柜未采用穿心互感器，增多了6個(gè)接觸面。且由于主母排和分支母排都采用了鋁排設(shè)計(jì)，施工時(shí)又沒有采取任何銅鋁過渡措施，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后接觸面產(chǎn)生了電腐蝕，嚴(yán)重發(fā)熱，如圖8所示。

圖8 常規(guī)TA接觸面發(fā)熱

3）斷路器室無散熱風(fēng)扇。由于中置柜具備LSC2功能，各功能室之間相互獨(dú)立，因此對(duì)于大電流柜而言，其母線室、斷路器室應(yīng)分別裝配散熱風(fēng)扇，確保散熱效果。

4）靜觸頭與母排的搭接面只有一個(gè)螺栓緊固，壓緊力不夠。新設(shè)計(jì)中，對(duì)于大電流柜通常采用5個(gè)螺栓固定，小電流柜采用2個(gè)螺栓固定，如圖9所示。

圖9 靜觸頭五螺栓與單螺栓固定對(duì)比

4.2.2 施工工藝存在的問題

1）雙母排在施工中未留間距，不利于散熱，如圖10所示。

圖10 雙母排未留間隙

2）鋁排與互感器、鋁排與觸頭盒之間的銅鋁接觸，未采取任何過渡措施。

3）斷路器隔離觸頭插入深度偏小，從坡口算起只有8mm左右，不滿足10～20mm的要求，如圖11所示。

圖11 隔離觸頭插入深度不足

4.2.3 材質(zhì)不合格造成局部過熱

1）斷路器觸指有鍍銀，但觸頭盒內(nèi)靜觸頭未鍍銀，長(zhǎng)期大電流環(huán)境下容易發(fā)熱。

2）穿屏套管、觸頭盒等絕緣材料非環(huán)氧樹脂材料，易起火造成火燒連營(yíng)，如圖12和圖13所示。

圖12 絕緣件材質(zhì)不合格

圖13 絕緣件材質(zhì)不合格

4.3 治理措施

1）更換斷路器靜觸頭為5個(gè)壓接孔的靜觸頭和觸頭盒，增加靜觸頭與匯流排的有效接觸面積，防止發(fā)熱，如圖14和圖15所示。

圖14 五固定孔靜觸頭

圖15 五固定孔靜觸頭

2）更換電流互感器為穿心式TA，如圖16所示。

圖16 穿心式TA

3）將鋁排更換為銅牌，邊角需倒角，搭接面鍍銀，嚴(yán)格按雙母排的制作工藝，確保母排散熱通道，如圖17和圖18所示。

圖17 雙母排工藝

圖18 母排搭接面鍍銀

4）更換不合格的絕緣件。

5）加裝斷路器室的散熱風(fēng)扇，并確保散熱通道暢通。

5 結(jié)束語

本文較為詳細(xì)地介紹了10kV開關(guān)柜常見的隱患缺陷及缺陷原因，并列出了排查方法，提出了詳細(xì)的有針對(duì)性的治理措施。運(yùn)行單位通過以上措施，能強(qiáng)有力的扭轉(zhuǎn)存量的開關(guān)柜運(yùn)行狀況，同時(shí)根據(jù)各項(xiàng)開關(guān)柜相關(guān)的反措、規(guī)程嚴(yán)把新開關(guān)柜設(shè)備投產(chǎn)驗(yàn)收關(guān)口，勢(shì)必能將開關(guān)柜設(shè)備的健康水平提升到新的臺(tái)階。