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開關柜故障分析及對策

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12 ~ 40.5 kV 開關柜設備是電網系統中運行最頻繁的一次變電站設備。近年來，開關柜事故頻繁發生，造成經濟損失、人員傷亡等不良社會影響。

其隱患和固有缺陷主要集中在接線方式、內部放弧能力、內部絕緣、加熱和防誤閉鎖方面。通過制定有針對性的對策，開關柜后，環網柜事故數量大大減少，電網運行可靠性穩步提高。

1、接線隱患

1.1、隱患類型

1.1.1、電視柜避雷器直接連接到母線上

根據典型設計規范的要求，電視柜內的避雷器必須通過隔離開關與母線連接，而電視柜內的位置以各種方式排列和接線。電視柜中的一些避雷器沒有通過隔離手動開關連接到總線。當電視機檢修時，隔離手柄被拉開，避雷器仍帶電，給進入艙室的工人帶來觸電的危險。電視柜中的避雷器主要有以下接線形式，如圖2所示:

圖2 開關柜連接模式的隱患

1.連接方式1:電視柜內的避雷器和電視機安裝在后車廂內，保險絲安裝在手車上，避雷器直接連接到母線上，電視機通過隔離手車連接到母線上；

2.連接方式二:電視柜內的避雷器安裝在母線室內，直接連接到母線上。電視和保險絲安裝在手推車上。

3.連接方式3:電視柜中的避雷器單獨安裝在后艙或前下艙，并直接連接到總線上。電視和保險絲安裝在手推車上。

4.連接方式4:電視和保險絲安裝在XGN系列固定柜的隔間內，避雷器單獨安裝在另一個隔間內，直接與母線連接。

5.連接方式5:避雷器、電視和保險絲都安裝在行李廂內。避雷器直接與母線相連，電視機通過隔離手車與母線相連。

6.連接方式6:避雷器、熔斷器和電視機安裝在同一輛手車上，避雷器連接在熔斷器的后級。這種布置屬于錯誤接線，一旦運行中保險絲熔斷，設備將失去避雷器的保護。

1.1.2。開關柜下部機柜沒有與后部機柜完全隔離

KYN系列主變壓器進線開關柜，母線耦合器開關柜，饋線開關柜 etc 開關柜的下柜部分未與后柜完全隔離，進入下柜的工作人員可能會意外接觸到母線或電纜頭的帶電部分，造成觸電。開關柜未將下柜與后柜隔離的隱患如圖3所示:

圖3 開關柜下部機柜和后部機柜未隔離的隱患

1.2。對策

對于存在接線方式隱患的開關柜進行一次性接線修改。開關柜接線模式轉換示意圖如圖5所示:

圖5 開關柜連接模式轉換示意圖

1.2.1、電視柜避雷器接線技術改造方案

1.對于連接模式1，拆除隔間內的避雷器。電視連接模式不會改變。堵住原來公共汽車房的穿墻洞。將避雷器放在手車上，裝回熔斷器避雷器手車上。避雷器與保險絲和電視電路并聯。

2.對于連接方式2，拆除母線室中的避雷器，將避雷器移至手車上，重新安裝成熔斷器和避雷器手車，增加一個下觸頭盒安裝板、一個觸頭盒擋板和一個閥門機構，將電視機安裝在后車廂內，通過導線連接到隔離手車的下觸頭上。該方案可以在原有的手推車上實施，也可以考慮新的手推車。

3.對于連接方式3，將避雷器從原隔間中取出，將避雷器移至手車中，并重新安裝到熔斷器和避雷器手車中，堵住原母線隔間的壁孔，添加手車的下觸頭盒安裝板、觸頭盒擋板和閥門機構，將電視機安裝在后隔間中，并通過導線連接到下觸頭。該方案可以在原有的手推車上實施，也可以考慮新的手推車。

4.對于連接方式4，拆除其他隔間中的避雷器，將避雷器移至保險絲和電視隔間，將其連接至隔離開關的斷路器，并將其與保險絲和電視電路并聯。

5.對于連接方式5，避雷器和電視的安裝位置不變。將原避雷器的引線直接連接到隔離手車的下觸頭上，堵住原母線室的穿墻孔。

6.對于連接模式6，該排列模式屬于錯誤連接。一旦運行中保險絲熔斷，設備將失去避雷器的保護。拆除原有手車中的避雷器和熔斷器，改變連接位置，使避雷器連接到熔斷器的上側，并與熔斷器和電視電路并聯。

1.2.2，開關柜下柜和后柜隔離不完全的預防措施

由于此類開關柜產品的結構是固定的，如果在裝修中安裝了隔板，其內部結構和空間分布會發生變化，產品的內部保護性能無法得到保證。因此，進入機柜運行時，必須在工作前確認主變10kV側對側檢修和主變切換檢修。

2、內部電弧放電能力不足

2.1、隱患類型

在實際運行中，金屬密封開關柜有其自身的缺陷，再加上絕緣性能差或運行條件差引起的誤操作，會引起內部電弧故障。短路產生的電弧溫度高，能量大。電弧本身是一種非常輕的等離子氣體。在電力和熱氣的作用下，電弧將在機柜內高速運動，導致故障范圍迅速擴大。在這種情況下，絕緣材料蒸發，金屬熔化，開關柜內部溫度和壓力急劇上升。如果沒有設計或安裝合格的泄壓通道，巨大的壓力會導致機柜隔板、門板、鉸鏈和觀察窗嚴重變形甚至斷裂，電弧產生的高溫氣流會噴出機柜，對設備附近的操作和維護人員造成嚴重燒傷，甚至危及生命安全。目前設備在運行中存在一些問題，如沒有泄壓通道、泄壓通道設置不合理、內部放弧能力沒有試驗驗證、試驗過程中沒有嚴格檢查等。

2.2。對策

[選型] 開關柜內部故障電弧的性能應為IAC級，內部電弧的允許持續時間不應小于0.5s，試驗電流應為額定短期耐受電流。對于額定短路分斷電流大于31.5千安的產品，可按31.5千安進行內部故障電弧試驗

[改型]增加或改變泄壓通道，嚴格按照型式試驗標準的要求進行內部電弧試驗驗證。

[保護]適當壓縮主變壓器各段的保護差動，減少故障電弧的持續損壞時間。

3.內部絕緣

3.1、隱患類型

近年來，開關柜產品的體積不斷縮小，機柜內的絕緣性能出現缺陷，故障增多。主要表現為:爬電距離和氣隙不夠，尤其是手車柜。現在許多制造商還沒有采取有效措施來保證絕緣強度，以縮短機柜尺寸，并大大減少安裝在機柜中的斷路器和隔離插頭的相間和接地距離。裝配過程很差。由于裝配質量差，在開關柜范圍內的單個部件可以通過壓力測試，但裝配后的整個部件不能通過。如果接觸容量不足或接觸不良，當接觸容量不足或接觸不良時，局部溫度將升高，絕緣性能將下降，導致對地閃絡或相間閃絡。冷凝現象，獨立加熱器容易損壞，無法正常工作，冷凝現象發生在開關柜以內，降低了絕緣性能；輔助附件絕緣性能差。為了降低成本，一些制造商采用了絕緣水平較低的配套附件，降低了開關柜的整體絕緣性能。

3.2。對策

不能盲目追求開關柜小型化，應根據工程情況，變電站內部布局、運行維護和設備維護等因素綜合考慮，采購宜開關柜。

使用空氣或空氣/絕緣材料作為絕緣介質的設備應考慮絕緣材料的厚度、設計場強和老化，并要求制造商按照標準要求進行冷凝試驗。對于環網柜內的穿墻套管、機械閥門和母線彎頭等部件，如空氣絕緣網距小于125毫米(12kV)和300毫米(40.5kV)，導線應采用絕緣護套封閉。為防止電場畸變，場強相對集中的部位，如進、出口套管、機械閥門、母線彎頭等，應采用倒角和磨削。柜內母線支撐瓷瓶和其他絕緣爬電距離不能滿足防污條件的設備。噴涂RTV絕緣涂層是為了改善舊設備運行的技術條件。

4.發熱缺陷

4.1、隱患類型

電路連接點接觸不良、接觸電阻增加和突出的發熱問題，如隔離觸點接觸不良；金屬鎧裝柜通風口設計不合理，空氣不對流，散熱能力差，柜內有很多發熱問題。穿墻套管和電流互感器等安裝結構形成電磁閉環，產生渦流，導致一些隔離擋板材料嚴重發熱。部分封閉式開關柜內部干式設備(鑄流變壓器、鑄壓變壓器、干式變壓器)繞組線徑不足，鑄造過程控制不嚴，容易過熱損壞。

4.2。對策

加強開關柜散熱，安裝鼓風機和引風機；結合停電機會，檢查動、靜觸頭的接觸壓力，必要時更換，同時更換疲勞的觸頭彈簧。加大柜內測溫技術的研究，應用無線測溫等新技術解決測溫難題。

5、防止假鎖不完善

5.1、隱患類型

大多數開關柜配有防誤閉鎖裝置，但其綜合防誤閉鎖和強制防誤閉鎖不符合要求。鎧裝式開關柜后上柜門可開啟，無防誤閉鎖，無隔離擋板。打開后，它可以直接接觸帶電部件。螺釘為普通六角凹頭螺釘，開門時容易觸電，意外進入帶電機柜。對于一些主變、母聯、電視和二手無接地開關的變壓器開關柜來說，后下柜門沒有用接地開關進行機械鎖定，后柜門可以通過拆卸螺絲直接打開，不需要關閉柜門就可以接通和傳輸電源，容易造成維修人員誤開，進入帶電區間，造成人員觸電事故；Part 開關柜后柜門的上部和下部不能獨立鎖定。上部柜門由下部柜門鎖定。當出口接地開關閉合時，下柜門的鎖被打開，后上柜門也可以打開，容易造成觸電事故。例如，KYN 28 開關柜；拔出part 開關柜手車后，絕緣隔離擋板容易被推起，沒有防誤閉鎖，帶電體外露，工作人員容易誤開開關靜觸頭閥的擋板，造成觸電事故。

5.2對策

針對開關柜防誤操作功能不完善的情況，在開關柜的高電壓下增加了一把機械掛鎖，可以在后上柜門打開，打開后可以直接接觸帶電部分，并配置了微電腦防誤鎖進行鎖定；在XGN GG1A等開關柜上，安裝了接地開關和后柜門之間的聯鎖裝置，并安裝了帶電顯示裝置以鎖定接地開關操作。定期檢查防誤裝置的可靠性，利用停電機會檢查手車和接地開關、隔離開關和接地開關的機械閉鎖裝置。

6.結論

開關柜設備是電網中重要的一次變電站設備。為保證其穩定運行，應從設計、材料、工藝、試驗、選型、運行和維護等方面加強控制。嚴格按照典型設計要求，結合國家和行業標準，提出設計技術要求，從根本上消除接線隱患；根據國家和行業標準及反事故措施，制定嚴格的設備招標文件，防止不合格產品進入網絡。加強工廠監督，嚴格見證關鍵生產點和工廠試驗，堅決禁止不合格產品出廠。積極開展開關柜缺陷管理，加強反事故措施的落實；完善開關柜防誤閉鎖功能，加強防誤閉鎖裝置的管理，安裝帶電顯示裝置，配合“五防”系統，確保防誤閉鎖的全面性和強制性。

資料來源:電力知識課

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