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肇庆市庆电电力工程有限公司 广东肇庆 526000 摘要：10KV开关柜是电力系统中的重要装置，其故障的发生将会导致电力安全事故，从而降低系统的运行效率。本文结合具体案例，首先介绍了10kV开关柜的作用，针对其运行中的常见故障进行分析，并提出了相关有效处理措施，以供参考借鉴。 关键词：开关柜；故障；维护 10kV高压开关柜在电力系统中的使用极为普遍，开关柜可以保证电力系统的稳定运行，而且在各种故障状态下可断开连接的设备，具有极为重要的使用意义。从长期发展的角度考虑，电力企业需不断加强10KV高压开关柜的故障诊断，采取合理有效的故障处理措施，使其在系统中发挥更加全面的安全作用。 1 10kV开关柜的作用分析 就目前我国使用的各种型号的10kV开关柜来看，归纳起来主要发挥以下五个方面作用: (1)关合、断开10kV及以下的正常电路或设备，具有传输和倒换电力负荷的功能； (2)10kV开关柜能够成功地将两端电力路线跟电力系统分割开来； (3)10kV开关柜能够通过从电力系统中退出故障设备和故障线段等途径来确保整个电力系统的安全性和可靠性； (4)通过实现退出系统线路或者设备的可靠接地，实现保证整个线路和设备安全的目的； (5)10kV开关柜还具有测量10kV电力系统电压、电流参数以及故障报警等作用。 2 10kV开关柜运行过程中常见故障分析 2.1 绝缘故障 10kV开关柜出现放电击穿故障，产生放电的主要原理为:绝缘件或者绝缘间隙的绝缘强度低于外加电压，情况严重时，还可能发生绝缘击穿事故，绝缘故障又可以分为: 导电部位与绝缘件之间发生放电。 若绝缘板跟导电体之间的固定不够牢固，开关在经过多次操作后难免会松动，在操作振动冲击之后，会出现间歇性放电，但是这种放电不容易被操作人员发现，当进行超声波检查或局放检测时才能被发现，有时在10kV开关柜内，因为整个开关柜为密封状态，无法准确地找到故障所在的位置，等到放电严重时，引起绝缘板损坏贯通性击穿，便会引起严重故障。在事故停电后开展检修，可以发现在绝缘件的表面上附着大量放电或者放电后的炭黑，而绝缘件因为长时间放电最后裂开，不再具有绝缘功能，而导电铜排与环氧穿心间隙放电。 在安装过程中，因为施工方面的失误导致导电铜排两边跟内层之间的间隙过小，当运行环境湿度较大时，会引起小间隙放电，出现放电累积效应，导致内侧绝缘层被烧坏，引起事故扩大。 2.2 主母线跟绝缘套之间出现放电 主母线跟开关柜内的间隔穿墙绝缘套之间出现放电，引发放电的原因也主要是因为导电铜母排与绝缘套的间隙过小，引起放电。随着开关柜的体积不断缩小，对地绝缘尺寸也不断减小，当柜内的有机绝缘件表面积累的灰尘较多，遇到潮湿天气时，柜内的湿度常常较高，从而导致绝缘表面结露发生放电和击穿等事故，从而引起运行故障。 2.3 误动、拒动误差 10kV开关柜常见故障还有误动和拒动误差，该类故障形成的主要原因为: (1)由于辅助回路跟电气控制回路存在问题，主要表现为辅助开关无法正常切换，转换开关失效或者机构卡涩导致分合闸线圈被烧毁，引起端子松动，操作电源、合闸接触器、接线失误、微动开关故障、二次接线接触老化等，均会影响整个电力系统的安全运行。 (2)可能是因为传动系统跟操作机构出现机械故障而引起误动、拒动误差，最常见的表现为分合闸的铁芯松动或者卡涩轴销松动、脱扣失效、个别部件发生位移变形等。 2.4 开关柜发热 在正常情况下，10kV的开关柜在运行过程中均伴有轻度的发热，但是一旦10kV开关柜发生过热或者导电回路同时伴有发热情况时，则提示发生故障。导体散热的途径有两类，分别为导电回路散热和导电回路发热，若导电回路的发热超过散热时，便会导致开关柜温度升高，当上升的温度超过本来设定的温度时，开关柜便会出现局部过热的现象，在局部发热的作用下，产生的瞬间能量会引起严重故障。根据电阻跟发热功率的计算公式可知，电阻跟发热功率呈正相关，若导体的截面积过小，便会引起电阻率较高时发热情况严重，另外，导体发热跟负荷电流的平方值也存在正相关关系，因此当电流值较小时，发热情况可能不明显，但是当电量值过高时，便会出现发热甚至过热的情况，除此之外，导体发热也跟发热的时间存在相关性，发热的时间越长，那么累积的发热效应越严重。归纳起来，开关柜发热主要有以下三类: 导体发热。该类故障常常发生在开关柜的部分母线中。当主母线在运行过程中，假如负荷的电流过高，主母线的发热功率也相应较高，但是高于额定功率的部分便会导致导体出现发热。我国目前主母线的材质主要为铜质或者铝质，但是因为这两类材料常常含有很多杂质，因此电阻率往往较高，因此一旦发热时，这些杂质会引起热量集中，引起导体出现过热故障。 导电回路过热。该类故障发生的主要原因为接头接触质量过差，对于主变总开关的大电流回路中，接头接触不良会导致热量过度集中，从而引起回路出现局部过热的情况。 涡流发热。当前，涡流发热也成为10kV开关柜运行中常见的发热现象，当负荷电流在穿墙套管固定钢板中产生交变磁场时，然后产生感应电压，但是对于普通钢板来讲，电阻较小，因此会产生较大的环流，导致钢板出现发热的情况，当负荷电流高达几千安培时，涡流发热的情况非常明显。 2.5 开关柜电气元件故障 在10kV开关柜运行过程中，所涉及的电压互感器、带电显示器、避雷针等相关电气元件若运行时间过长，也会发生各类故障。其中电压互感器发生故障的主要原因为安装调试不合理、二次侧出现短路、互感器质量有问题等，带电显示器发生故障可能是因为自身质量存在问题，再加上运行的环境较差，常常发生故障。据调查，很多开关柜中的带电显示器在现场中无法正常使用，而避雷针发生故障的主要原因为阀片性能不断老化，密封性不好以及瓷套被污染等引起，密封性不好引起避雷针发生故障主要是因为潮气进入避雷针内部，导致内部绝缘性能降低，进而加速了阀片性能老化。 3 10kV开关柜运行过程中常见故障的处理措施 3.1 做好10kV开关柜的安装调试和试验 由于10kV开关柜的安装调试是否合理在很大程度上影响着其是否安全、可靠运行，假如在安装调试过程中发生了绝缘间隙不符合放电要求、传动卡涩、调试不合理等情况时，必然会影响开关柜后期的运行，因此从事开关柜安装调试和试验的人员在面临上述情况时，一方面要迅速联系厂家来处理(例如:假如发现导电回路存在发热时，可以采取改进接触机构、紧固设备联结点等措施)；另一方面在对开关柜安装调试和检验时，必须严格执行相规定和要求，从而保证开关柜处理良好的运行状态，减少其故障发生率。 3.2 提高开关柜的绝缘性能 对于10kV的开关柜，在将其接入电网后，必须要具备承受工作电压的能力。假如原件质量不可靠，会增加故障的发生率。因此，在生产和制造开关柜时，必须高度重视其绝缘性能，从而减少10kV开关柜运行过程中的绝缘故障。因此在设计绝缘件时，在充分满足基本的机械强度的基础上，还应该注意其必须承受规定的电压，对此，可以采取以下措施: (1)针对10kV开关柜中的绝缘件均应使用阻燃绝缘材质，禁止使用聚氯乙烯、酚醛树脂、聚碳酸脂等有机绝缘材料； (2)高度重视元件的选择，特别是要选择伏安特性较好的电压互感器，换而言之就是要选择在线电压下无明显饱和的电压互感器，除此之外，还应该选择绝缘性能优、不燃烧或者阻燃的隔板； (3)针对一些使用时间较长的开关柜，当增加空气间距和漏泄比距难度较大时，最好选择改善开关柜的环境，在开关室内配置温度计、通风设置、防潮设备等，在雨季期要多启动开关柜，以防其凝露出现绝缘故障； (4)定期清洁开关柜，严格执行“停止一次，清洁一次”的原则； (5)若条件许可，针对开关柜中所有带电体均使用热缩，从而提高开关柜的运行效率。 3.3 强化开关柜体的封闭 (1)要进一步加强开关柜柜内分割防护程度，以此方便开关柜的检修并提高运行安装的安全性。可以将母线、断路器以及电缆等运用阻燃绝缘板将其分为若干个独立的小室，在小室和小室之间设置排气通道和减压阀，实现控制故障进一步扩大的目的； (2)但凡插头经过的插孔均增加绝缘罩，从而保护检修人员的安全，另外，所有的分支母线和主母线均运用阻燃绝缘管套装，以防故障的进一步扩大； (3)提高开关柜机械动作的可靠性，要利用经过技术鉴定且合格的操作机构。 3.4 加强对10kV开关柜的运行管理 (1)维修人员在开展检修工作时要注意观察隔离开关法兰以及绝缘子瓷件是否伴有裂纹，在巡视期间注意观察瓷件是否伴有不正常的电晕情况； (2)当断路器出现动作断开故障电流时，检修人员应该立即检查断路器； (3)当10kV开关柜的断路器在工作时，一旦遇到启动操作机构压力高引起其分合闸闭锁、油断路器油量不足以及SF6断路器气体压力过低等情况时，检修人员要停止对断路器的操作； (4)在进行隔离开关倒闸时，应该注意全面监控隔离开关的动作，一旦发现发生卡涩故障时必须先分析全面卡涩的原因，然后采取对应措施，切记不可强行操作； (5)若断路器对故障线路进行强送时，需要认真检查断路器的工作状况。 3.5 加强对10kV开关柜的定期管理维护 对于从事10kV开关柜的维护人员，需要根据设备的运行现状制订出合理的检修计划，以定期消除10kV开关柜运行过程中的安全隐患，在完成设备检修工作后，还需要开展整定测试工作，加强对保护界限、压板位置以及操作机构整定值的检查和管理，防止因为维护不当导致10kV开关柜出现各类故障。检修人员在检查设备时一旦发现有任何异常，要通过观察设备的震动、温度、气味、颜色以及声音等来判定其是否发生异常，然后再开展对应的诊断测试工作，若发现音响、光字牌、信号、表计等监控设备存在异常情况时，要对其进行全面分析，针对出现的故障问题要加强监测预防；针对伴有缺陷的设备，要加强跟踪监视，及时掌握这些设备故障的发生规律。 3.6 改善10kV开关柜的运行环境 若10kV开关柜长期运行在不合格的环境中，很容易导致开关柜上附着污垢，发生绝缘放电以及导体锈蚀等问题。因此要想保证开关柜的安全有效运行，必须改善其运行环境，若10kV开关柜运行的环境温度较高、负荷较大，必须加强通风散热，以防开关柜出现过热故障，并定期清理开关柜，避免出现污染的情况。除此之外，维护人员还应该加强开关柜运行环境的除湿和除潮工作，以防导体发生锈蚀。 4 案例分析 4.1 基本情况简介 某站220kV变电站内10kV的开关柜发生了爆炸事件并且引起火灾，据统计本次事件带来的经济损失共计300多万元，无一例人员伤亡，导致供电中断1h，给当地的企业和居民的正常用电带来极大影响。 4.2 故障原因分析 经专业人员深入调查和全面分析后，发现引起本次开关柜爆炸的主要原因为:短路产生电弧，并引起接地，电弧在热效应的作用下诱发开关柜中的空气急剧膨胀，最终导致开关柜爆炸，并引发火灾。 4.3 防范措施 通过对该故障的原因深入分析后，该变电站为了防止类似事故产生，主要采取了以下防范措施: (1)加强对员工的培训。主要邀请技术人员和管理人员组织员工参与系统且规范的专业技能培训，在对所有人员开展基本理论知识培训的基础上，重点向员工讲解了该型号10kV开关柜的主要故障，故障产生的原因、故障处理的方法以及故障防范等，进一步提高员工对该类事故的处理和防范能力，从而降低开关柜事故的发生率； (2)制订故障应急预案，该变电站还进一步制定了电网系统应急管理体系，并针对本次发生事故制订了应急预案，并且组织人员定期参与事故演习，全面提高员工对事故的应急和处理能力，以防事故不断扩大，降低事故造成的经济损失； (3)加强监督管理。专门成立了监督管理部门，该部门积极贯彻各级安全监督责任制，确保各项反事故措施落实到位，监督维护人员，督促其做好各项维护工作，并定期开展预防性试验和专业巡视，以及时洞察设备缺陷和异常，及时采取解决措施。另外，还应该将10kV开关柜作为重点检查对象，开展专项检查，特别是处理好开关柜内裸露的带电部分，运用适当的绝缘材料将其包封完整。 5 结语 总之，由于10KV开关柜在运行中所面临的问题以及出现的故障并不单一，因此，需要对其常见故障类型进行分析和总结，并从多方面入手采取有效措施，以防范10kV开关柜故障的发生，提高10kV配电网的供电可靠性，降低故障的发生率以保证其性能。 参考文献 [1]刘大钦.10kV中置式高压开关柜匹配使用的手车结构的改进研究[J].机电信息.2012(15) [2]潘邦浩.10KV高压开关柜交接试验分析[J].科技资讯.2010(13) |
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