10kv高壓柜的故障分析及防范措施

韓 鵬 ，王 銳 ，李東全

（1.中石油吉林天然氣管道有限責(zé)任公司，長(zhǎng)春 130000；2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司管道長(zhǎng)春輸油氣分公司，長(zhǎng)春 130000）

0 前言

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的環(huán)境下，人們?cè)絹碓街匾暩邏涸O(shè)備的運(yùn)行安全。由于高壓開關(guān)柜的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，容易因設(shè)計(jì)方案不合理、絕緣材料質(zhì)量差而出現(xiàn)問題，降低了高壓電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。因此，電力企業(yè)必須要加強(qiáng)高壓開關(guān)柜的故障判斷能力，使高壓開關(guān)柜處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)。

1 10kV高壓設(shè)備的種類及特征

現(xiàn)階段，電力行業(yè)應(yīng)用的10kV高壓設(shè)備主要以開關(guān)柜為主，其使用起來不僅可選擇性較好，并且每種高壓開關(guān)柜都有其擅長(zhǎng)的應(yīng)用范圍。固定式、箱體式、負(fù)荷式、手車落地式等是高壓開關(guān)柜的常見類型。固定式高壓開關(guān)柜是小型變電站和廠區(qū)企業(yè)常用的高壓設(shè)備，這種高壓開關(guān)柜內(nèi)部的體積較大，可利用空間較多，能夠容納各種各樣的電元件，但其防護(hù)性及封閉性較差，無法控制事故發(fā)生的概率，因此已經(jīng)被日新月異的電力行業(yè)淘汰。箱體式高壓開關(guān)柜主要應(yīng)用于負(fù)荷較小的用電場(chǎng)所，由于其體積較小且散熱能力較差，因此無法應(yīng)用于電荷較大的用電系統(tǒng)中。負(fù)荷式高壓開關(guān)柜主要應(yīng)用于新用戶，這種高壓設(shè)備不僅有許多的選擇類型，并且防護(hù)能力也非常強(qiáng)，為維修提供了較大的便利性。手車落地式高壓開關(guān)柜是當(dāng)下電力市場(chǎng)中的新式產(chǎn)品，采用進(jìn)口技術(shù)，但對(duì)于箱底硬度有較高的技術(shù)要求。而手車中置式高壓開關(guān)柜在市場(chǎng)中的使用范圍較大，其使用優(yōu)勢(shì)較上述其他種類開關(guān)柜有明顯的優(yōu)勢(shì)，具有良好的市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)［1］。

2 10kV高壓設(shè)備形成短路故障的原因

據(jù)了解，10kV高壓開關(guān)柜的類型較多，同時(shí)各個(gè)類型應(yīng)用的環(huán)境也各不相同。固定式高壓開關(guān)柜、箱體式高壓開關(guān)柜、HXGN負(fù)荷高壓開關(guān)柜、中置式手車高壓開關(guān)柜和落地式手車高壓開關(guān)柜等等都是常見的高壓開關(guān)柜。例如固定式高壓開關(guān)柜廣泛應(yīng)用于大型煤礦企業(yè)或變電站中，由于體積比較大，空間比較充裕，雖然可以裝載大量的電器設(shè)備，但由于封閉性較差、容易被破壞或腐蝕，因此已經(jīng)在高壓設(shè)備的應(yīng)用中淘汰。箱體式高壓開關(guān)柜常用于一些散戶的用電場(chǎng)景中，其原因在于設(shè)備負(fù)荷的電流較小，且散熱能力較差等，應(yīng)用范圍較小。下面我們將對(duì)10kV高壓設(shè)備故障的形成原因進(jìn)行具體的分析。

2.1 絕緣引起的故障

在評(píng)定高壓開關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)好壞時(shí)，第一個(gè)可以參照的標(biāo)準(zhǔn)就是絕緣性，這也是高壓開關(guān)柜運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。由于高壓開關(guān)柜的生產(chǎn)廠家較多，質(zhì)量和性能參差不齊，因此電力設(shè)備在維修的過程中容易形成不同程度的損壞，容易降低電力設(shè)備的絕緣性。同時(shí)，電力設(shè)備的絕緣性被弱化也有可能是維修人員的專業(yè)性較差，在維修時(shí)增加了電力設(shè)備產(chǎn)生的熱量，長(zhǎng)此以往，大大降低了高壓開關(guān)柜的絕緣性［2］。

2.2 質(zhì)量引起的故障

一方面，若高壓開關(guān)柜中安裝質(zhì)量不過關(guān)的電器零件，就會(huì)降低高壓電網(wǎng)的發(fā)電能力，增加事故發(fā)生的概率。例如隔離接頭的生產(chǎn)質(zhì)量較差，在使用時(shí)容易發(fā)生接觸不良的情況。另一方面，由于高壓開關(guān)柜運(yùn)行的外部環(huán)境濕度較高、沙石較多，加劇了絕緣設(shè)備老化的速度，尤其是絕緣能力本身較弱的設(shè)備，長(zhǎng)期在這種環(huán)境下運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)爬電情況，對(duì)高壓設(shè)備的運(yùn)行安全造成威脅。

2.3 操作引起的故障

一是柜體的強(qiáng)度較差，當(dāng)高壓開關(guān)柜中通過短路電流時(shí)，電動(dòng)力產(chǎn)生的作用足夠使開關(guān)和柜體本身出現(xiàn)位移現(xiàn)象，繼而短時(shí)間內(nèi)增加了接頭的電阻值，出現(xiàn)電弧現(xiàn)象，有可能會(huì)發(fā)生爆炸。二是靜接頭和動(dòng)接頭經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的使用后，容易形成不同程度的磨損，減少彼此的接觸面積，繼而出現(xiàn)接觸不良的情況，引起相應(yīng)的故障。三是在安裝設(shè)備的過程中，由于施工人員的疏忽破壞了原本的結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備的穩(wěn)定性，致使高壓開關(guān)柜在運(yùn)行時(shí)發(fā)生故障。例如由于傳感設(shè)備或操作設(shè)備引起的開關(guān)機(jī)故障，導(dǎo)致出現(xiàn)卡頓、零件形變或脫扣等等；再如電氣控制設(shè)備形成回路形成的故障，使系統(tǒng)保護(hù)裝置無法執(zhí)行系統(tǒng)命令。

2.4 線路老化引起的故障

人們的生活質(zhì)量隨社會(huì)的進(jìn)步不斷優(yōu)化，每家每戶的用電設(shè)備數(shù)量越來越多，原有的電力開關(guān)由于使用次數(shù)的增加逐漸產(chǎn)生了一定程度的老化，這也降低了開關(guān)裝置的性能。以真空斷路器的使用故障為例，當(dāng)真空斷路器的電流值變化異常時(shí)，故障發(fā)生的概率大大增加。其中的原因在于真空斷路器內(nèi)部的泡狀物體真空性降低或在工作時(shí)遭受了損傷，繼而弱化了該設(shè)備的整體性能，一旦產(chǎn)生故障極其容易發(fā)生爆炸。另外，變電所中的高壓開關(guān)柜在增加負(fù)荷后，短路電流和短路電容也增加了相應(yīng)數(shù)值。一旦真空斷路器的電流值與系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行電流的值相差較大，將會(huì)降低整體電壓設(shè)備的性能，繼而破壞高壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.5 安裝、修護(hù)引起的故障

在安裝的過程中，由于施工人員的專業(yè)性和責(zé)任感較差，沒有按照安裝的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行相關(guān)操作，致使高壓電網(wǎng)內(nèi)部出現(xiàn)了各種形式的損傷，如電纜的絕緣外層被劃傷、沒有將電纜連接處的空氣排凈、電纜與地面接觸不良容易導(dǎo)電等等。因此，電力單位必須要從源頭開始，對(duì)施工人員的安裝技術(shù)進(jìn)行針對(duì)性培訓(xùn)，避免安裝時(shí)出現(xiàn)低級(jí)的故障問題，同時(shí)在安裝后相關(guān)人員需要對(duì)安裝情況進(jìn)行多次檢查，防止出現(xiàn)螺絲穩(wěn)定性較差，降低惡性停電事故發(fā)生的概率，弱化了電力企業(yè)在社會(huì)大眾心中的形象［3］。

3 防范10kV高壓設(shè)備發(fā)生短路的具體措施

3.1 選擇材料方面防范措施

由于高壓開關(guān)柜由眾多的電器配件組成，其配件材料決定了開關(guān)柜是否耐用。基于此，電力企業(yè)必須要對(duì)高壓開關(guān)柜內(nèi)的配件材料和柜體材料的選擇進(jìn)行關(guān)注，以穩(wěn)定性、安全性、可靠性為基準(zhǔn)對(duì)相關(guān)材料進(jìn)行選擇，同時(shí)根據(jù)高壓開關(guān)柜實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境，設(shè)計(jì)科學(xué)、合理的開關(guān)柜配置方案，達(dá)到理想化的設(shè)計(jì)狀態(tài)，使高壓開關(guān)柜發(fā)揮出自身的作用。例如變電站要選擇性能較好且穩(wěn)定性較高的進(jìn)口材料，為高壓電網(wǎng)的良好運(yùn)行奠定良好的基礎(chǔ)。

3.2 外部環(huán)境方面的防范措施

上文已經(jīng)對(duì)外部環(huán)境引起高壓線路故障的原因進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，實(shí)質(zhì)上，外部環(huán)境對(duì)高壓開關(guān)柜發(fā)生安全事故形成了較大的催化作用，因此相關(guān)人員必須要根據(jù)外部環(huán)境的實(shí)際情況，盡可能降低其影響。如相關(guān)人員可以在通風(fēng)窗口上加裝空氣過濾網(wǎng)和鐵柵欄，這樣不僅可以防止外部空氣中的灰塵進(jìn)入到開關(guān)柜中，破壞高壓開關(guān)柜的穩(wěn)定性，也可以防止不法分子的人為損壞；在外部環(huán)境相對(duì)潮濕的環(huán)境下放置高壓開關(guān)柜時(shí)，需要加裝除濕設(shè)備或加熱設(shè)備對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，使高壓開關(guān)柜內(nèi)部的濕度和溫度滿足運(yùn)行時(shí)的要求，從根本上提升設(shè)備的使用壽命；在雷電較多的外部環(huán)境下安裝高壓開關(guān)柜，需要加設(shè)防雷擊設(shè)備保護(hù)柜體，降低高壓開關(guān)柜遭受雷擊的概率。此外，工作人員還需要應(yīng)用專業(yè)監(jiān)測(cè)設(shè)備隨時(shí)隨地對(duì)高壓開關(guān)柜內(nèi)部的絕緣性、溫度、濕度等參數(shù)進(jìn)行觀察和記錄，使高壓開關(guān)柜可以保持良好的工作狀態(tài)完成日常工作。

3.3 按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇爬電比距

眾所周知，高壓開關(guān)柜中最重要的參數(shù)就是爬電比距，這個(gè)參數(shù)與系統(tǒng)運(yùn)行的效果息息相關(guān)。因此，電力企業(yè)相關(guān)人員需要根據(jù)我國(guó)現(xiàn)有的爬電比距設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)高壓開關(guān)柜中各個(gè)零件的外絕緣爬電比距進(jìn)行設(shè)定，一般情況下絕緣值的范圍在18mm／kV～20mm／kV之間。通常情況下，符合此參數(shù)的配件規(guī)格選擇性較少，因此，電力企業(yè)通常采用專業(yè)定做的方式對(duì)這些配件進(jìn)行批量生產(chǎn)，從根本上保障高壓電網(wǎng)整體的性能［4］。

3.4 繼電保護(hù)裝置性能方面的防范措施

在高壓開關(guān)柜中，繼電保護(hù)裝置是保護(hù)系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)，因此必須要按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的安裝操作，一般情況下，電力企業(yè)安裝人員需要根據(jù)不同的運(yùn)行方式對(duì)繼電保護(hù)裝置的性能進(jìn)行優(yōu)化，增加其與高壓電網(wǎng)運(yùn)行的貼合性。此外，當(dāng)斷路設(shè)備沒有足夠的容量時(shí)，相關(guān)人員需要及時(shí)更換繼電保護(hù)裝置，并根據(jù)運(yùn)行環(huán)境對(duì)新繼電保護(hù)裝置的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)定。

3.5 安全用電方面的防范措施

在電力行業(yè)中安全問題是經(jīng)久不衰的研究話題，高壓開關(guān)柜亦是如此。因此，在設(shè)定和檢查時(shí)需要確定開關(guān)柜內(nèi)導(dǎo)體是否全部與地相連接，是否符合電力行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，即相間空氣間隙和對(duì)地空氣間隙的值都要超過125mm。如果使用了較為復(fù)雜的復(fù)合型絕緣結(jié)構(gòu)，就需要強(qiáng)化絕緣材料與介電設(shè)備間的有效配合，這樣做既可以降低相關(guān)人員接觸高壓開關(guān)柜發(fā)生觸電傷亡的安全事故，也可以防止有害的腐蝕性氣體對(duì)電線造成傷害，如酸、鹽、霧等等［5］。

4 結(jié)論

綜上所述，要想高壓電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性得到保障，必須提升高壓開關(guān)柜的性能，盡可能降低故障發(fā)生的概率。因此，在安裝高壓開關(guān)柜時(shí)，需要嚴(yán)格按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安裝，提升開關(guān)柜的安裝質(zhì)量，并且做好防范設(shè)備短路的具體措施，使其處于最佳的工作狀態(tài)。