摘要：文章分析了l0kV開關(guān)柜發(fā)生故障的原因，提出了相應(yīng)改進(jìn)技術(shù)和管理措施，如加強(qiáng)設(shè)計(jì)制造階段全過程質(zhì)量控制，落實(shí)電力行業(yè)有關(guān)反事故技術(shù)措施，提高安裝調(diào)試水平，加強(qiáng)對l0kV開關(guān)柜行運(yùn)巡視檢測。
　　關(guān)鍵詞：10kV；開關(guān)柜；故障
　　引言
　　隨著技術(shù)的發(fā)展，在供電企業(yè)及廣大制造廠的共同努力下，l0kV開關(guān)柜總體制造質(zhì)量及運(yùn)行可靠性有了較大的提高，故障率也大大降低。但在運(yùn)行中仍存在和發(fā)生一些可以避免或不該發(fā)生的缺陷及故障，近幾年某調(diào)度范圍10kV開關(guān)柜故障如表1所示。
　　表110kV開關(guān)柜故障分析表(不完全統(tǒng)計(jì))

                               
　　　　由表1可見，開關(guān)柜絕緣故障占33.87％，開關(guān)柜及導(dǎo)電回路過熱占38.7％。這些故障嚴(yán)重影響了高壓配電網(wǎng)的安全運(yùn)行，更嚴(yán)重影響了用戶的可靠供電，必須認(rèn)真分析，采取措施。文中結(jié)合幾年來電網(wǎng)運(yùn)行中發(fā)生的故障進(jìn)行了分析，并提出了l0kV開關(guān)柜技術(shù)和管理方面應(yīng)采取的建議措施。
　　1開關(guān)柜故障分析
　　1.1高壓開關(guān)柜的絕緣故障
　　10kV開關(guān)柜發(fā)生放電擊穿事故，其放電的原理主要是絕緣件或絕緣間隙的絕緣強(qiáng)度低于外加電壓時(shí)就發(fā)生放電，甚至發(fā)生絕緣擊穿事故。主要原因?yàn)槿缦聨最悺?br /> 　　1.1.1導(dǎo)電部位與絕緣支撐件之間放電
　　開關(guān)、TV、TA等柜內(nèi)設(shè)備的導(dǎo)電連接銅排對相間絕緣檔隔板之間局部放電。開關(guān)柜內(nèi)導(dǎo)體與絕緣件布置如圖1所示。
　　圖1中，E1、E2分別為絕緣體與氣隙中的電場強(qiáng)度，分別是二者的介電常數(shù)，則，所以
　　                            
　　
　                                    　圖1開關(guān)柜內(nèi)導(dǎo)體與絕緣件布置簡化圖
　　由于絕緣體的>>空氣的，且當(dāng)d1>>d2，絕緣體與導(dǎo)體間隙d2很小時(shí)，則空氣間隙中場強(qiáng)E2>>E1，導(dǎo)致絕緣件與導(dǎo)電部位的小間隙放電。
　　有時(shí)，絕緣板與導(dǎo)電體之間固定不牢，開關(guān)操作多次后發(fā)生松動(dòng)，在操作振動(dòng)沖擊后，引發(fā)間歇性放電，也不一定被運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)；有時(shí)在柜內(nèi)，由于全密封或部位看不見，往往很難發(fā)現(xiàn)故障部位，直到放電嚴(yán)重，造成絕緣板損壞貫通性擊穿，導(dǎo)致事故。在故障停電后檢查，可發(fā)現(xiàn)絕緣件表面有嚴(yán)重放電或放電后的碳黑，絕緣件因長時(shí)間放電而開裂，失去絕緣作用。導(dǎo)電銅排與環(huán)氧穿心TA間隙放電，其布置如圖2所示。
　　安裝時(shí)由于施工誤差使導(dǎo)電銅排兩側(cè)與TA內(nèi)層間的間隙d很小，當(dāng)濕度高或振動(dòng)大時(shí)，造成小間隙放電，放電累積效應(yīng)，燒壞TA內(nèi)側(cè)絕緣層引發(fā)擴(kuò)大事故。有時(shí)環(huán)氧大電流TA內(nèi)層有屏蔽線，由于安裝時(shí)環(huán)繞銅排多圈，引起屏蔽線中產(chǎn)生很大環(huán)流，燒斷位線，使TA內(nèi)屏蔽層與導(dǎo)電體之間不等電位而放電損壞。
　　                   
　　
　                                     　圖2導(dǎo)電銅排與環(huán)氧穿心TA布置簡化示意圖
　　  1.1.2主母線與絕緣套之間發(fā)生放電
　　主母線與柜內(nèi)間隔穿墻絕緣套之間發(fā)生放電，放電原因，也是導(dǎo)電銅母排與絕緣套間隙小，導(dǎo)致放電。
　　開關(guān)柜小型化后，由于相與相間對地絕緣尺寸小，柜內(nèi)有機(jī)絕緣件表面積污嚴(yán)重，遭到潮濕天氣，柜內(nèi)濕度較高，引起絕緣表面結(jié)露而爬電或放電、擊穿造成事故。
　　1.2開關(guān)柜發(fā)熱
　　開關(guān)柜發(fā)熱主要體現(xiàn)在導(dǎo)電回路發(fā)熱與開關(guān)柜過熱。
　　1.2.1發(fā)熱原理
　　導(dǎo)體發(fā)熱主要體現(xiàn)在導(dǎo)電回路發(fā)熱與散熱兩方面，當(dāng)發(fā)熱大于散熱時(shí)，開關(guān)柜溫度要上升，大于額定溫升時(shí)，整個(gè)開關(guān)柜或局部連接處發(fā)生過熱，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生事故；其中發(fā)熱主要由導(dǎo)體發(fā)熱和接頭發(fā)熱以及渦流發(fā)熱組成。
　　導(dǎo)體發(fā)熱與導(dǎo)電回路電阻成正比，當(dāng)導(dǎo)體截面積設(shè)計(jì)過小，電阻率較高時(shí)發(fā)熱就嚴(yán)重；導(dǎo)體發(fā)熱還與負(fù)荷電流的平方成正比，在小電流時(shí)發(fā)熱可能不明顯，當(dāng)負(fù)荷電流增加達(dá)幾千安以上時(shí)，熱量將成百倍的上升，即出現(xiàn)發(fā)熱、過熱現(xiàn)象；導(dǎo)體發(fā)熱還與發(fā)熱時(shí)間有關(guān)，運(yùn)行時(shí)間越長，發(fā)熱的累積效應(yīng)越嚴(yán)重；當(dāng)柜體通風(fēng)散熱不良時(shí)，發(fā)熱將加重。
　　1.2.2導(dǎo)電回路過熱
　　導(dǎo)電回路接頭接觸不良引起發(fā)熱最普遍。突出的部位在：主變總開關(guān)大電流回路內(nèi)手車的觸頭部位、開關(guān)刀閘引線連接處、TA接線板、閘刀主刀口接觸部位。由于接線板連接工藝不良，閘刀調(diào)試質(zhì)量不高以及接觸部位電化學(xué)腐蝕等原因造成這些部位嚴(yán)重發(fā)熱，調(diào)度運(yùn)行中均常常遇到此類過熱故障。
　　1.2.3渦流發(fā)熱
　　由于開關(guān)柜運(yùn)行電流越來越大，渦流發(fā)熱已成為開關(guān)柜發(fā)熱的一個(gè)不可忽視的嚴(yán)重問題。負(fù)荷電流在穿墻套管固定鋼板內(nèi)產(chǎn)生交變磁場，進(jìn)而在其中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，由于普通鋼板電阻小，所以在其中產(chǎn)生較大的環(huán)流，引起鋼板發(fā)熱。當(dāng)負(fù)荷電流大于幾千安時(shí)，這種渦流發(fā)熱十分明顯。
　　以某典型的10kV全密閉中置開關(guān)柜斷面圖為例，開關(guān)柜中渦流產(chǎn)生的幾個(gè)常見部位如圖3所示。
　　
　　A—母線室；B—斷路器手車室；c—電纜室；D—繼電器儀表室；
　　1.1—泄壓裝置；1.2—控制小線槽；1—外殼；2—分支小母線；
　　3—母線套管；4—主母線；5—靜觸頭裝置；6—靜觸頭盒；
　　7—電流互感器；8—接地開關(guān)；9—電纜；l0—避雷器；
　　11—接地主母線；12—接卸式隔板；l3—隔板(活門)；l4—二次插頭；
　　l5—斷路器手車；l6—加熱裝置；l7—可抽出式水平隔板：
　　l8—接地開關(guān)操作機(jī)構(gòu)；l9一底板

                                                 
                                                               　　圖3開關(guān)柜斷面圖
　　其中渦流發(fā)生的主要部位有開關(guān)柜主母線間隔板、主母線穿到觸頭室間隔板、6個(gè)手車臂的隔板、主變進(jìn)線隔板處。有些開關(guān)廠的產(chǎn)品在上述部位沒有采取防渦流的措施，運(yùn)行中就發(fā)生了渦流發(fā)熱現(xiàn)象。如容量為50MVA主變壓器滿載時(shí)次級電流達(dá)3000A時(shí)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的渦流發(fā)熱，所以總柜溫度普遍比出線柜的溫度要高幾十?dāng)z氏度。
　　1.2.4導(dǎo)體發(fā)熱
　　由于開關(guān)柜內(nèi)有大量主母線采用銅、鋁排等導(dǎo)體，當(dāng)運(yùn)行電流越大，主母線發(fā)熱越明顯。目前，采用的銅、鋁排雜質(zhì)含量高，銅排電阻率較大也影響發(fā)熱，設(shè)計(jì)熱穩(wěn)定余度小，原來的矩形截面散熱面小，加開關(guān)柜小型化全密封散熱通風(fēng)差，運(yùn)行中可以發(fā)現(xiàn)主母線室柜門表面溫度較高。
　　1.3開關(guān)柜及機(jī)械傳動(dòng)操作機(jī)構(gòu)故障分析
　　1.3.1傳動(dòng)系統(tǒng)故障原因分析
　　開關(guān)柜傳動(dòng)機(jī)常常遇到變形、彎曲、連桿拉斷、拐臂斷裂、鐵板厚度不夠、傳動(dòng)銷子斷裂，手車6個(gè)觸臂與觸座中心不對中、手車滑動(dòng)導(dǎo)軌上下前后不平行，造成操作困難、操作笨重，一些連桿剛度小、銹蝕嚴(yán)重，操作時(shí)機(jī)械振動(dòng)厲害。上述這些問題有時(shí)造成連桿脫落而相間短路跳閘，或單相接地，嚴(yán)重影響開關(guān)柜的可靠運(yùn)行。
　　1.3.2操作機(jī)構(gòu)主要存在問題分析
　　調(diào)度運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生開關(guān)拒分、拒合等異常；調(diào)試中也常遇到分合閘速度及時(shí)間不合格，分合閘動(dòng)作電壓不合格等間隙；操作時(shí)可以看到中置柜的機(jī)構(gòu)彈跳比固定柜明顯，從而也危及開關(guān)的正常可靠運(yùn)行。
　　1.3.3操作控制回路存在問題分析
　　在調(diào)試和運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)：機(jī)構(gòu)控制回路接線固定不牢、：工藝不對甚至接線錯(cuò)誤，引線壓傷，TA端子排結(jié)構(gòu)不合理，防跳回路不合理等問題，造成開關(guān)柜運(yùn)行中保護(hù)拒動(dòng)，擴(kuò)大事故。
　　1.4開關(guān)柜內(nèi)元器件發(fā)生故障異常
　　開關(guān)柜是由斷路器、手車、TA、TV、氧化鋅避雷器(MOA)及導(dǎo)電排、絕緣件等元件組合而成，這些元器件的質(zhì)量優(yōu)劣也直接導(dǎo)致開關(guān)柜的故障發(fā)生，具體常見的故障異常有如下幾種：
　　(1)MOA質(zhì)量差、持續(xù)運(yùn)行電壓不能滿足反措要求；
　　(2)導(dǎo)電銅、鋁排含有雜質(zhì)，電阻率高，加工尺寸偏小。達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；
　　(3)電流、電壓互感器質(zhì)量差、伏安特性差，爬電距離小，成為開關(guān)柜的絕緣薄弱點(diǎn)；
　　(4)帶電顯示裝置質(zhì)量不穩(wěn)定，試驗(yàn)工作較麻煩。
　　以上這些配套設(shè)備存在的問題引發(fā)開關(guān)柜絕緣故障、過熱故障，嚴(yán)重影響開關(guān)柜正常運(yùn)行。
　　2改善運(yùn)行質(zhì)量的建議
　　由上述分析可見，造成10kV開關(guān)柜這些故障的原因主要是屬于設(shè)計(jì)制造質(zhì)量問題，也有安裝調(diào)試誤差，以及運(yùn)行檢修方面的問題；所以應(yīng)從10kV開關(guān)柜的設(shè)計(jì)制造，安裝調(diào)試及運(yùn)行檢修全過程采取必要的技術(shù)措施和管理措施來提高10kV開關(guān)柜的運(yùn)行可靠性。
　　2.1加強(qiáng)設(shè)計(jì)制造階段全過程質(zhì)量控制
　　高壓柜產(chǎn)品制造商不可能全部自己生產(chǎn)原材料、元器件，必須向外采購有關(guān)元器件。外購原材料、元器件的質(zhì)量好壞及技術(shù)含量高低直接關(guān)系到自身產(chǎn)品的性能質(zhì)量和可靠性，必須高度重視外協(xié)件的選擇和質(zhì)量把關(guān)。重點(diǎn)應(yīng)將質(zhì)量放在重要位置，進(jìn)行嚴(yán)格的外協(xié)件的質(zhì)量比較、驗(yàn)收、檢測梳選等工作，盡量把缺陷及有關(guān)質(zhì)量問題消滅在組裝之前。希望選擇正規(guī)生產(chǎn)廠家的外協(xié)件。如要注意合作方的生產(chǎn)設(shè)備檔次、人員素質(zhì)狀況，工廠管理水平、質(zhì)量控制保證體系，有關(guān)3C認(rèn)證等，不具備上述基本條件的合作伙伴不可能生產(chǎn)出高水平高質(zhì)量的配套件。
　　2.2落實(shí)電力行業(yè)有關(guān)反事故技術(shù)措施
　　針對上述故障分析可見，許多故障都是有反事故措施對策的，只是制造業(yè)主不知道或未執(zhí)行，所以建議運(yùn)行部門訂貨及出廠驗(yàn)收時(shí)應(yīng)將電力行業(yè)的反事故措施在技術(shù)協(xié)議中明確，要求廠方將l0kV開關(guān)柜的反事故技術(shù)措施一并在制造中實(shí)施。如對大電流回路穿墻固定板采用割槽后嵌銅條或直接采用不銹鋼板等非導(dǎo)磁材料的隔板，都可以較方便地防止過熱，一些廠商技術(shù)水平較高，已主動(dòng)在設(shè)計(jì)時(shí)采取了技術(shù)措施。如大電流回路銅排已采用了弧型表面，或采用空心銅管結(jié)構(gòu)。
　　2.3提高安裝調(diào)試工藝水平
　　由上分析，開關(guān)柜絕緣問隙不合要求放電，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)有卡澀，開關(guān)手車操作不靈活等問題均通過調(diào)整和提高施工工藝可以解決，導(dǎo)電回路發(fā)熱在設(shè)計(jì)載流量滿足要求的前提下也可以改進(jìn)接觸結(jié)構(gòu)，緊固工藝得到解決。
　　2.4加強(qiáng)對10kV開關(guān)柜運(yùn)行巡視檢測
　　遇到柜內(nèi)的異聲要仔細(xì)分析，有時(shí)一個(gè)小放電現(xiàn)象等到下次巡視時(shí)可能已發(fā)展為絕緣故障，巡視時(shí)必須高度認(rèn)真細(xì)致；同時(shí)加強(qiáng)對導(dǎo)電回路進(jìn)行紅外線帶電測溫，可以提高設(shè)備過熱故障巡視水平，特別對主變大電流回路有關(guān)接頭的檢測，一旦出現(xiàn)溫度異常升高，即可以先通知調(diào)度轉(zhuǎn)移負(fù)荷來防止過熱惡化成事故；對開關(guān)運(yùn)行要隨氣候變化進(jìn)行改善，應(yīng)加裝室內(nèi)除濕裝置，防止?jié)穸雀咭痖_關(guān)柜內(nèi)絕緣閃絡(luò)，在夏季，環(huán)境溫度較高，設(shè)備負(fù)荷電流又大，產(chǎn)熱高，應(yīng)加強(qiáng)10kV開關(guān)室通風(fēng)排熱來降低設(shè)備溫升，防止過熱。
　　3結(jié)語
　　本文對電網(wǎng)調(diào)度范圍10kV開關(guān)柜運(yùn)行中發(fā)生的故障異常進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，詳細(xì)剖析了幾類10kV開關(guān)柜故障發(fā)生的原因，提出防止這些運(yùn)行中發(fā)生故障的技術(shù)措施，也提出了從設(shè)計(jì)制造、出廠驗(yàn)收、現(xiàn)場安裝調(diào)試、運(yùn)行中巡視檢測等全過程加強(qiáng)技術(shù)管理的建議，希望能對進(jìn)一步提高10kV開關(guān)柜制造水平及運(yùn)行可靠性水平有一定的指導(dǎo)作用。