開關柜內部故障電弧的探討

陳順利

摘 要：開關柜內部故障電弧是電力系統運行中出現的嚴重故障之一，需要電力部門加強對此故障的研究分析，采用有效的防護措施來盡量避免這種故障的發生。本文首先闡述了開關柜內部故障電弧出現的原因及其導致的危害，然后介紹了分析檢測中壓開關柜內部故障的幾種方法，最后論述了中壓開關柜內部故障電弧的防護措施，有利于電力系統的安全穩定運行，對我國未來電力行業的發展也有十分重要的幫助。

關鍵詞：中壓開關柜；內部故障；電弧；防護措施

中圖分類號：TM591 文獻標志碼：A

0 引言

開關柜是電力系統運行過程中的重要電力設備，只有確保開關柜的可靠性才能保證整個電力系統的正常運行。但是實際上電力系統運行中的常見嚴重故障之一就是由中壓開關柜內部故障電弧引發的事故，這種故障會嚴重降低電力系統運行的安全性和穩定性。為了降低故障危害對電力系統的影響，電力部門對開關柜性能給予充分的重視，在日常工作中加強對開關柜的維護，配置相應的保護裝置，這樣開關柜在發生內部弧光短路故障時，保護裝置就可以迅速將其切斷，與電力系統分離開來，防止給其他電力設備和電力工作人員帶來危害。

1 開關柜內部故障電弧出現的原因及危害

1.1 開關柜內部故障電弧出現的原因

成套開關柜在電力系統配電裝置中的應用較為廣泛，在實際運行過程中，開關柜時常因為電弧短路等原因出現故障，導致整個配置裝置出現問題，造成大面積停電。造成電弧短路的因素有很多種，比如開關柜使用時間過長導致絕緣性能降低；由于斷路器推進推出損壞絕緣；一些小動物誤入開關柜等情況都會造成開關柜故障。據相關調查資料顯示，我國110kV等級以上變電所每年出現開關柜故障的概率達到0.8%，農村配電網中開關柜故障的概率甚至更高。中壓開關柜內部故障電弧會給整個電力系統和用戶帶來非常嚴重的影響，給電力企業造成巨大的經濟損失，甚至還會造成嚴重的人員傷亡事故和周邊建筑物破壞等。

1.2 開關柜內部故障電弧的危害

中壓開關柜故障電弧會改變電路中的電流和電壓狀況，故障電弧電流和電壓分別呈現出正弦波形和斜頂梯形的形狀。電弧電流零區電壓的變化幅度非常大，隨著時間的推移，電壓頂部就會逐漸傾斜。電弧的復雜特性會在非常短的時間內將電能轉化為熱能，導致周圍空氣溫度劇增，從而極大增加了周圍空氣的壓力，電弧能量在密封的環境中會以高溫高壓氣體爆炸的方式釋放出來，導致開關柜爆裂、柜內電力設備損壞，破損的零部件會高速飛出開關柜，并時不時地噴出火焰。電弧的這種爆炸故障不僅會損壞到周圍的電力設備，而且還會威脅電力工作人員的生命安全，電力系統覆蓋范圍的大面積停電是不可避免的，嚴重影響了用戶的用電和正常生活。所以，電力行業制定的規范中都規定開關柜應該能承受一定的故障標準，防止爆炸等大事故的出現和造成重大危害。

2 中壓開關柜內部故障檢測方法分析

2.1 電路敲擊法

電路敲擊法是在電力設備正常帶電運行中進行的，工作人員利用橡皮小錘輕輕敲擊運行中的設備，可以判斷出敲擊設備及其附近設備的性能是否處在良好狀態。如果元件經過敲擊后發生異常情況，就說明其內部存在故障隱患，需要工作人員采取進一步措施來找出故障的具體部位和故障因素。

2.2 圖形分析法

電力設備的設計圖中包括著設備結構、運行原理、安裝方式以及維修養護方法等各種信息。這些設計圖在電力設備故障檢修時會發揮出非常重要的作用。工作人員在檢修中壓開關柜故障時需要以設備的圖紙作為依據，來找出故障的位置和原因。

2.3 排除法

故障排除法就是工作人員在對電力設備各個元件的檢修中，經過一層層地分析逐步排除運行狀態正常的部件，縮小故障范圍，最終確定故障位置的方法。可以將故障排除法具體分為兩種形式，其一是順推理故障排除法，就是對電源、設備、電路等逐一進行故障查找的方式；其二是逆推理故障排除法，這種方法的原理與順推理正好相反，就是由故障元件倒推至電路、電源的方法。

3 中壓開關柜內部故障電弧防護措施

3.1 中壓開關柜內部故障電弧出現原因

造成中壓開關柜內部故障電弧發生的原因主要分為內部因素和外部因素兩種，內部因素就是因為設備元件經過長時間、高負荷運行出現了老化現象，諸如母線系統老化，絕緣性降低等，如果沒有及時更換新的元件，長期下去勢必會導致故障的出現，元件老化的時間與設備的質量和平時的運行狀態有關。外部因素又可以分為人為因素和其他因素，人為因素就是電力部門工作人員沒有定期對開關柜進行故障檢查，在操作的時候出現失誤，將工具、雜物等帶進開關柜；其他外部因素則是人為不可避免的因素，諸如小動物誤入開關柜等情況。上文中已經闡述了中壓開關柜內部故障電弧的巨大不利影響，需要電力部門采用有效的措施來防護中壓開關柜內部電弧故障。

3.2 中壓開關柜內部故障電弧防護措施

3.2.1 加強中壓母線保護

加強專用中壓母線保護，定期檢測開關柜的運行電流是防止電弧故障的有效措施之一。相關實驗表明，安裝完中壓母線保護裝置后，系統會阻斷電弧燃燒產生的紅外線、紫外線以及可見光，從而顯著降低了中壓開關柜的內部壓力，縮小了開關柜內部電弧故障的影響范圍。加強中壓母線保護的防護措施操作比較簡單、成本較低，而且不會造成任何污染，所以是當前我國電力行業應用于中壓開關柜內部故障電弧防護中的重要方法。

3.2.2 應用自動保護裝置

工作人員應該在電力系統故障檢修中應用自動保護裝置，有利于檢修人員在短時間內鎖定故障位置、找出故障原因；當電力系統開關柜出現故障電弧時，自動保護裝置就會迅速切斷開關柜與其他電力設備的連接，防止開關柜內部故障電弧影響擴大，減少不利影響和危害。而且應用自動保護裝置還能客觀反映出電力系統運行中的異常情況，可以將實際運行狀態與運行參數進行對比，如果發現異常情況就會發出差異信號，便于檢修人員及時發現故障、排除故障。

3.2.3 加強系統的日常檢修

工作人員應該定期對電力系統中的各種設備進行檢查，排除故障。電力行業檢修工作中常見的措施主要有低壓保護和電流保護等。目前我國電力部門多采用狀態檢修的方式，這種檢修方式可以直接反映出電力設備的實際運行狀態，為后期的檢修提供重要參考。狀態檢修就是利用電力設備運行參數的差異性來幫助檢修人員采用科學的防護措施。狀態檢修方式的優點有維修效率較高、維修成本降低等。中壓開關柜電弧故障是在短時內發生的，所以在檢修時應該對短路保護裝置進行重點檢查，從而保證當發生電弧故障時能夠及時將故障元件與其他設備切斷開來。

3.2.4 加強機械設計防護

隔室是防止開關柜電弧故障的重要措施，在實際中應該盡量減少與帶電元件的接觸，隔室的密封性應該重點檢查，從而防止故障時高溫氣體發生大范圍擴散。

結語

中壓開關柜內部電弧故障的破壞力非常強，影響范圍廣，為了盡量縮小中壓開關柜內部電弧故障的不利影響，電力部門應該加強對電力系統的檢修，應用自動保護裝置來降低內部電弧故障的影響范圍，最大限度保護其他電力設備和工作人員的安全。

參考文獻

[1]熊泰昌.內部電弧故障試驗情況下中壓開關柜強度計算[J].高壓電器，2002（4）：42-44.

[2]韓善楚.預裝式變電站中的內部電弧故障探析[J].裝備制造技術，2013（11）：254-255，259.

[3]田有文，趙龍，高長亮，等.二次變電站中低壓開關柜弧光故障分析研究[J].沈陽農業大學學報，2013，44（3）：253-356.

[4]馬步青.6kV-35kV中壓開關柜電弧故障與弧光保護應用探討[J].電子世界，2016（23）：97-99.