電力系統(tǒng)10 kV開關(guān)柜運(yùn)行中常見故障及處理措施
發(fā)布時(shí)間：2020-12-02
但因各種因素10 kV開關(guān)柜在運(yùn)行過程中依然存在很多安全隱患，從而威脅電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行，因此要想確保10 kV 開關(guān)柜運(yùn)行安全穩(wěn)定，勢(shì)必要重視10 kV 開關(guān)柜的設(shè)計(jì)、安裝、檢修和維護(hù)。
就目前我國使用的各種型號(hào)的10 kV 開關(guān)柜來看，歸納起來主要發(fā)揮以下五個(gè)方面作用：
第一，關(guān)合、斷開10 kV 及以下的正常電路或設(shè)備，具有傳輸和倒換電力負(fù)荷的功能。
第二，10 kV 開關(guān)柜能夠成功地將兩端電力路線跟電力系統(tǒng)分割開來；
第三，10 kV 開關(guān)柜能夠通過從電力系統(tǒng)中退出故障設(shè)備和故障線段等途徑來確保整個(gè)電力系統(tǒng)的安全性和可靠性。
第四，通過實(shí)現(xiàn)退出系統(tǒng)線路或者設(shè)備的可靠接地，實(shí)現(xiàn)保證整個(gè)線路和設(shè)備安全的目的；
第五，10 kV 開關(guān)柜還具有測(cè)量10 kV 電力系統(tǒng)電壓、電流參數(shù)以及故障報(bào)警等作用。
2 、10 kV開關(guān)柜運(yùn)行過程中的故障分析
2.1 絕緣故障
10 kV 開關(guān)柜出現(xiàn)放電擊穿故障，產(chǎn)生放電的主要原理為：絕緣件或者絕緣間隙的絕緣強(qiáng)度低于外加電壓，情況嚴(yán)重時(shí)，還可能發(fā)生絕緣擊穿事故，絕緣故障又可以分為：
導(dǎo)電部位與絕緣件之間發(fā)生放電。
若絕緣板跟導(dǎo)電體之間的固定不夠牢固，開關(guān)在經(jīng)過多次操作后難免會(huì)松動(dòng)，在操作振動(dòng)沖擊之后，會(huì)出現(xiàn)間歇性放電，但是這種放電不容易被操作人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)行超聲波檢查或局放檢測(cè)時(shí)才能被發(fā)現(xiàn)。
有時(shí)在10 kV 開關(guān)柜內(nèi)，因?yàn)檎麄€(gè)開關(guān)柜為密封狀態(tài)，無法準(zhǔn)確地找到故障所在的位置，等到放電嚴(yán)重時(shí)，引起絕緣板損壞貫通性擊穿，便會(huì)引起嚴(yán)重故障。
在事故停電后開展檢修，可以發(fā)現(xiàn)在絕緣件的表面上附著大量放電或者放電后的炭黑，而絕緣件因?yàn)殚L時(shí)間放電最后裂開，不再具有絕緣功能，而導(dǎo)電銅排與環(huán)氧穿心間隙放電。
在安裝過程中，因?yàn)槭┕し矫娴氖д`導(dǎo)致導(dǎo)電銅排兩邊跟內(nèi)層之間的間隙過小，當(dāng)運(yùn)行環(huán)境濕度較大時(shí)，會(huì)引起小間隙放電，出現(xiàn)放電累積效應(yīng)，導(dǎo)致內(nèi)側(cè)絕緣層被燒壞，引起事故擴(kuò)大。
2.2 主母線跟絕緣套之間出現(xiàn)放電
主母線跟開關(guān)柜內(nèi)的間隔穿墻絕緣套之間出現(xiàn)放電，引發(fā)放電的原因也主要是因?yàn)閷?dǎo)電銅母排與絕緣套的間隙過小，引起放電。隨著開關(guān)柜的體積不斷縮小，對(duì)地絕緣尺寸也不斷減小。
當(dāng)柜內(nèi)的有機(jī)絕緣件表面積累的灰塵較多，遇到潮濕天氣時(shí)，柜內(nèi)的濕度常常較高，從而導(dǎo)致絕緣表面結(jié)露發(fā)生放電和擊穿等事故，從而引起運(yùn)行故障。
2.3 誤動(dòng)、拒動(dòng)誤差
10 kV 開關(guān)柜常見故障還有誤動(dòng)和拒動(dòng)誤差，該類故障形成的主要原因?yàn)椋?span style="display:none">s47開關(guān)柜除濕器,配電柜除濕器,智能除濕裝置,賽普瑞電氣
第一，由于輔助回路跟電氣控制回路存在問題，主要表現(xiàn)為輔助開關(guān)無法正常切換，轉(zhuǎn)換開關(guān)失效或者機(jī)構(gòu)卡澀導(dǎo)致分合閘線圈被燒毀，引起端子松動(dòng)，操作電源、合閘接觸器、接線失誤、微動(dòng)開關(guān)故障、二次接線接觸老化等，均會(huì)影響整個(gè)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
第二，可能是因?yàn)閭鲃?dòng)系統(tǒng)跟操作機(jī)構(gòu)出現(xiàn)機(jī)械故障而引起誤動(dòng)、拒動(dòng)誤差，最常見的表現(xiàn)為分合閘的鐵芯松動(dòng)或者卡澀軸銷松動(dòng)、脫扣失效、個(gè)別部件發(fā)生位移變形等。
2.4 開關(guān)柜發(fā)熱
在正常情況下，10 kV 的開關(guān)柜在運(yùn)行過程中均伴有輕度的發(fā)熱，但是一旦10 kV 開關(guān)柜發(fā)生過熱或者導(dǎo)電回路同時(shí)伴有發(fā)熱情況時(shí)，則提示發(fā)生故障。
導(dǎo)體散熱的途徑有兩類，分別為導(dǎo)電回路散熱和導(dǎo)電回路發(fā)熱，若導(dǎo)電回路的發(fā)熱超過散熱時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致開關(guān)柜溫度升高，當(dāng)上升的溫度超過本來設(shè)定的溫度時(shí)，開關(guān)柜便會(huì)出現(xiàn)局部過熱的現(xiàn)象，在局部發(fā)熱的作用下，產(chǎn)生的瞬間能量會(huì)引起嚴(yán)重故障。
根據(jù)電阻跟發(fā)熱功率的計(jì)算公式可知，電阻跟發(fā)熱功率呈正相關(guān)，若導(dǎo)體的截面積過小，便會(huì)引起電阻率較高時(shí)發(fā)熱情況嚴(yán)重，另外，導(dǎo)體發(fā)熱跟負(fù)荷電流的平方值也存在正相關(guān)關(guān)系。
因此當(dāng)電流值較小時(shí)，發(fā)熱情況可能不明顯，但是當(dāng)電量值過高時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱甚至過熱的情況，除此之外，導(dǎo)體發(fā)熱也跟發(fā)熱的時(shí)間存在相關(guān)性，發(fā)熱的時(shí)間越長，那么累積的發(fā)熱效應(yīng)越嚴(yán)重。歸納起來，開關(guān)柜發(fā)熱主要有以下三類：
導(dǎo)體發(fā)熱。該類故障常常發(fā)生在開關(guān)柜的部分母線中。當(dāng)主母線在運(yùn)行過程中，假如負(fù)荷的電流過高，主母線的發(fā)熱功率也相應(yīng)較高，但是高于額定功率的部分便會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)體出現(xiàn)發(fā)熱。我國目前主母線的材質(zhì)主要為銅質(zhì)或者鋁質(zhì)，但是因?yàn)檫@兩類材料常常含有很多雜質(zhì)，因此電阻率往往較高，因此一旦發(fā)熱時(shí)，這些雜質(zhì)會(huì)引起熱量集中，引起導(dǎo)體出現(xiàn)過熱故障。
導(dǎo)電回路過熱。該類故障發(fā)生的主要原因?yàn)榻宇^接觸質(zhì)量過差，對(duì)于主變總開關(guān)的大電流回路中，接頭接觸不良會(huì)導(dǎo)致熱量過度集中，從而引起回路出現(xiàn)局部過熱的情況。
渦流發(fā)熱。當(dāng)前，渦流發(fā)熱也成為10 kV 開關(guān)柜運(yùn)行中常見的發(fā)熱現(xiàn)象，當(dāng)負(fù)荷電流在穿墻套管固定鋼板中產(chǎn)生交變磁場(chǎng)時(shí)，然后產(chǎn)生感應(yīng)電壓，但是對(duì)于普通鋼板來講，電阻較小，因此會(huì)產(chǎn)生較大的環(huán)流，導(dǎo)致鋼板出現(xiàn)發(fā)熱的情況，當(dāng)負(fù)荷電流高達(dá)幾千安培時(shí)，渦流發(fā)熱的情況非常明顯。
2.5 開關(guān)柜電氣元件故障
在10 kV 開關(guān)柜運(yùn)行過程中，所涉及的電壓互感器、帶電顯示器、避雷針等相關(guān)電氣元件若運(yùn)行時(shí)間過長，也會(huì)發(fā)生各類故障。
其中電壓互感器發(fā)生故障的主要原因?yàn)榘惭b調(diào)試不合理、二次側(cè)出現(xiàn)短路、互感器質(zhì)量有問題等，帶電顯示器發(fā)生故障可能是因?yàn)樽陨碣|(zhì)量存在問題，再加上運(yùn)行的環(huán)境較差，常常發(fā)生故障。
據(jù)調(diào)查，很多開關(guān)柜中的帶電顯示器在現(xiàn)場(chǎng)中無法正常使用，而避雷針發(fā)生故障的主要原因?yàn)殚y片性能不斷老化，密封性不好以及瓷套被污染等引起，密封性不好引起避雷針發(fā)生故障主要是因?yàn)槌睔膺M(jìn)入避雷針內(nèi)部，導(dǎo)致內(nèi)部絕緣性能降低，進(jìn)而加速了閥片性能老化。
3 、10 kV開關(guān)柜運(yùn)行過程中常見故障的處理對(duì)策
3.1 做好10 kV開關(guān)柜的安裝調(diào)試和試驗(yàn)
由于10 kV 開關(guān)柜的安裝調(diào)試是否合理在很大程度上影響著其是否安全、可靠運(yùn)行，假如在安裝調(diào)試過程中發(fā)生了絕緣間隙不符合放電要求、傳動(dòng)卡澀、調(diào)試不合理等情況時(shí)，必然會(huì)影響開關(guān)柜后期的運(yùn)行。
因此從事開關(guān)柜安裝調(diào)試和試驗(yàn)的人員在面臨上述情況時(shí)，一方面要迅速聯(lián)系廠家來處理（例如：假如發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電回路存在發(fā)熱時(shí)，可以采取改進(jìn)接觸機(jī)構(gòu)、緊固設(shè)備聯(lián)結(jié)點(diǎn)等措施）；另一方面在對(duì)開關(guān)柜安裝調(diào)試和檢驗(yàn)時(shí)，必須嚴(yán)格執(zhí)行相規(guī)定和要求，從而保證開關(guān)柜處理良好的運(yùn)行狀態(tài)，減少其故障發(fā)生率。
3.2 提高開關(guān)柜的絕緣性能
對(duì)于10 kV 的開關(guān)柜，在將其接入電網(wǎng)后，必須要具備承受工作電壓的能力。假如原件質(zhì)量不可靠，會(huì)增加故障的發(fā)生率。因此，在生產(chǎn)和制造開關(guān)柜時(shí)，必須高度重視其絕緣性能，從而減少10 kV 開關(guān)柜運(yùn)行過程中的絕緣故障。
因此在設(shè)計(jì)絕緣件時(shí)，在充分滿足基本的機(jī)械強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，還應(yīng)該注意其必須承受規(guī)定的電壓，對(duì)此，可以采取以下措施：
第一，針對(duì)10 kV 開關(guān)柜中的絕緣件均應(yīng)使用阻燃絕緣材質(zhì)，禁止使用聚氯乙烯、酚醛樹脂、聚碳酸脂等有機(jī)絕緣材料。
第二，高度重視元件的選擇，特別是要選擇伏安特性較好的電壓互感器，換而言之就是要選擇在線電壓下無明顯飽和的電壓互感器，除此之外，還應(yīng)該選擇絕緣性能優(yōu)、不燃燒或者阻燃的隔板。
第三，針對(duì)一些使用時(shí)間較長的開關(guān)柜，當(dāng)增加空氣間距和漏泄比距難度較大時(shí)，最好選擇改善開關(guān)柜的環(huán)境，在開關(guān)室內(nèi)配置溫度計(jì)、通風(fēng)設(shè)置、防潮設(shè)備等，在雨季期要多啟動(dòng)開關(guān)柜，以防其凝露出現(xiàn)絕緣故障。
第四，定期清潔開關(guān)柜，嚴(yán)格執(zhí)行“停止一次，清潔一次”的原則。
第五，若條件許可，針對(duì)開關(guān)柜中所有帶電體均使用熱縮，從而提高開關(guān)柜的運(yùn)行效率。
3.3 強(qiáng)化開關(guān)柜體的封閉
第一，要進(jìn)一步加強(qiáng)開關(guān)柜柜內(nèi)分割防護(hù)程度，以此方便開關(guān)柜的檢修并提高運(yùn)行安裝的安全性。可以將母線、斷路器以及電纜等運(yùn)用阻燃絕緣板將其分為若干個(gè)獨(dú)立的小室，在小室和小室之間設(shè)置排氣通道和減壓閥，實(shí)現(xiàn)控制故障進(jìn)一步擴(kuò)大的目的。
第二，但凡插頭經(jīng)過的插孔均增加絕緣罩，從而保護(hù)檢修人員的安全，另外，所有的分支母線和主母線均運(yùn)用阻燃絕緣管套裝，以防故障的進(jìn)一步擴(kuò)大；第三，提高開關(guān)柜機(jī)械動(dòng)作的可靠性，要利用經(jīng)過技術(shù)鑒定且合格的操作機(jī)構(gòu)。
3.4 加強(qiáng)對(duì)10 kV開關(guān)柜的運(yùn)行管理
一、是維修人員在開展檢修工作時(shí)要注意觀察隔離開關(guān)法蘭以及絕緣子瓷件是否伴有裂紋，在巡視期間注意觀察瓷件是否伴有不正常的電暈情況；
二、是當(dāng)斷路器出現(xiàn)動(dòng)作斷開故障電流時(shí)，檢修人員應(yīng)該立即檢查斷路器；
三、是當(dāng)10 kV 開關(guān)柜的斷路器在工作時(shí)，一旦遇到啟動(dòng)操作機(jī)構(gòu)壓力高引起其分合閘閉鎖、油斷路器油量不足以及SF6 斷路器氣體壓力過低等情況時(shí)，檢修人員要停止對(duì)斷路器的操作；
四、在進(jìn)行隔離開關(guān)倒閘時(shí)，應(yīng)該注意全面監(jiān)控隔離開關(guān)的動(dòng)作，一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)生卡澀故障時(shí)必須先分析全面卡澀的原因，然后采取對(duì)應(yīng)措施，切記不可強(qiáng)行操作；
五、若斷路器對(duì)故障線路進(jìn)行強(qiáng)送時(shí)，需要認(rèn)真檢查斷路器的工作狀況。
3.5 加強(qiáng)對(duì)10 kV開關(guān)柜的定期管理維護(hù)
對(duì)于從事10 kV 開關(guān)柜的維護(hù)人員，需要根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行現(xiàn)狀制訂出合理的檢修計(jì)劃，以定期消除10 kV開關(guān)柜運(yùn)行過程中的安全隱患，在完成設(shè)備檢修工作后，還需要開展整定測(cè)試工作。
加強(qiáng)對(duì)保護(hù)界限、壓板位置以及操作機(jī)構(gòu)整定值的檢查和管理，防止因?yàn)榫S護(hù)不當(dāng)導(dǎo)致10 kV 開關(guān)柜出現(xiàn)各類故障。
檢修人員在檢查設(shè)備時(shí)一旦發(fā)現(xiàn)有任何異常，要通過觀察設(shè)備的震動(dòng)、溫度、氣味、顏色以及聲音等來判定其是否發(fā)生異常。
然后再開展對(duì)應(yīng)的診斷測(cè)試工作，若發(fā)現(xiàn)音響、光字牌、信號(hào)、表計(jì)等監(jiān)控設(shè)備存在異常情況時(shí)，要對(duì)其進(jìn)行全面分析，針對(duì)出現(xiàn)的故障問題要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)預(yù)防；針對(duì)伴有缺陷的設(shè)備，要加強(qiáng)跟蹤監(jiān)視，及時(shí)掌握這些設(shè)備故障的發(fā)生規(guī)律。
3.6 改善10 kV開關(guān)柜的運(yùn)行環(huán)境
若10 kV 開關(guān)柜長期運(yùn)行在不合格的環(huán)境中，很容易導(dǎo)致開關(guān)柜上附著污垢，發(fā)生絕緣放電以及導(dǎo)體銹蝕等問題。
因此要想保證開關(guān)柜的安全有效運(yùn)行，必須改善其運(yùn)行環(huán)境，若10 kV 開關(guān)柜運(yùn)行的環(huán)境溫度較高、負(fù)荷較大，必須加強(qiáng)通風(fēng)散熱。
以防開關(guān)柜出現(xiàn)過熱故障，并定期清理開關(guān)柜，避免出現(xiàn)污染的情況。除此之外，維護(hù)人員還應(yīng)該加強(qiáng)開關(guān)柜運(yùn)行環(huán)境的除濕和除潮工作，以防導(dǎo)體發(fā)生銹蝕。
4 、案例分析
4.1 基本情況簡(jiǎn)介
某站220 kV 變電站內(nèi)10 kV 的開關(guān)柜發(fā)生了爆炸事件并且引起火災(zāi)，據(jù)統(tǒng)計(jì)本次事件帶來的經(jīng)濟(jì)損失共計(jì)300 多萬元，無一例人員傷亡，導(dǎo)致供電中斷1 h，給當(dāng)?shù)氐钠髽I(yè)和居民的正常用電帶來極大影響。
4.2 故障原因分析
經(jīng)專業(yè)人員深入調(diào)查和全面分析后，發(fā)現(xiàn)引起本次開關(guān)柜爆炸的主要原因?yàn)椋憾搪樊a(chǎn)生電弧，并引起接地，電弧在熱效應(yīng)的作用下誘發(fā)開關(guān)柜中的空氣急劇膨脹，最終導(dǎo)致開關(guān)柜爆炸，并引發(fā)火災(zāi)。
4.3 防范措施
通過對(duì)該故障的原因深入分析后，該變電站為了防止類似事故產(chǎn)生，主要采取了以下防范措施：
一是加強(qiáng)對(duì)員工的培訓(xùn)。主要邀請(qǐng)技術(shù)人員和管理人員組織員工參與系統(tǒng)且規(guī)范的專業(yè)技能培訓(xùn)，在對(duì)所有人員開展基本理論知識(shí)培訓(xùn)的基礎(chǔ)上。
重點(diǎn)向員工講解了該型號(hào)10 kV 開關(guān)柜的主要故障，故障產(chǎn)生的原因、故障處理的方法以及故障防范等，進(jìn)一步提高員工對(duì)該類事故的處理和防范能力，從而降低開關(guān)柜事故的發(fā)生率；
二是制訂故障應(yīng)急預(yù)案，該變電站還進(jìn)一步制定了電網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)急管理體系，并針對(duì)本次發(fā)生事故制訂了應(yīng)急預(yù)案，并且組織人員定期參與事故演習(xí)，全面提高員工對(duì)事故的應(yīng)急和處理能力，以防事故不斷擴(kuò)大，降低事故造成的經(jīng)濟(jì)損失；
三是加強(qiáng)監(jiān)督管理。專門成立了監(jiān)督管理部門，該部門積極貫徹各級(jí)安全監(jiān)督責(zé)任制，確保各項(xiàng)反事故措施落實(shí)到位，監(jiān)督維護(hù)人員，督促其做好各項(xiàng)維護(hù)工作，并定期開展預(yù)防性試驗(yàn)和專業(yè)巡視，以及時(shí)洞察設(shè)備缺陷和異常，及時(shí)采取解決措施。
另外，還應(yīng)該將10 kV 開關(guān)柜作為重點(diǎn)檢查對(duì)象，開展專項(xiàng)檢查，特別是處理好開關(guān)柜內(nèi)裸露的帶電部分，運(yùn)用適當(dāng)?shù)慕^緣材料將其包封完整。
5 、結(jié)束語
綜上所述，10 kV 開關(guān)柜的運(yùn)行狀況在很大程度決定著對(duì)電力系統(tǒng)是否能夠安全可靠地運(yùn)行，因此一旦其發(fā)生故障，不僅會(huì)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，而且還可能威脅工作人員甚至群眾的生命安全。
隨著近年來開關(guān)柜性能的日趨完善、設(shè)計(jì)水平不斷提高，這也對(duì)其運(yùn)行過程中的維護(hù)和檢修提出了更高要求，通過上文筆者對(duì)10 kV 開關(guān)柜運(yùn)行過程中常見故障的分析。
發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜在運(yùn)行過程中主要存在絕緣故障、誤動(dòng)和拒動(dòng)誤差、開關(guān)柜發(fā)熱、開關(guān)柜電氣元件故障等故障，作為運(yùn)維、檢修人員，必須不斷提高自身的專業(yè)技能。
能夠在第一時(shí)間洞察開關(guān)柜的異常，采取對(duì)策，及早發(fā)現(xiàn)故障，采取有效措施處理，將故障控制在可控范圍內(nèi)，全面保證電力系統(tǒng)的正常、安全運(yùn)行。