10 kV開關柜故障成因分析及處理措施

潘志騰

泉州億興電力工程建設有限公司泉州經濟技術開發區分公司（福建 泉州 362000）

0 引言

當前，我國電力系統對10 kV開關柜的使用十分普遍，其作為電力系統的重要裝置之一，不僅能夠根據電力系統的運行狀態，實現電力系統故障情況的連接設備斷開處理，而且對電力系統的安全與穩定供電運行有著充分的支持作用。因此，加強對電力系統的10 kV開關柜運行故障及其處理對策的研究，具有十分積極的作用。

1 10 kV開關柜在電力系統運行中的重要作用

（1）能夠進行10 kV及以下正常線路與設備的斷開、關合支持，在電力系統運行中實現電力負荷的倒換與傳輸。

（2）能夠在電力系統運行故障狀態下，通過退出故障設備與故障線路等方式，為整個電力系統的安全與穩定運行提供支持。

（3）能夠實現兩端電力線路和電力系統的有效分離與割開。

（4）能夠測量電力系統中10 kV電力線路的電壓以及電流參數，并根據電力系統運行狀態進行故障保障支持等。

（5）能夠通過進行系統線路或設備的可靠接地退出操作，為電力系統的整個線路與設備安全運行提供支持。

2 10 kV開關柜運行中的常見故障及成因分析

2.1 10 kV開關柜的常見故障

受10 kV開關柜在電力系統運行中應用的長期高壓與大電流運行環境影響，其實際運行中不可避免地會發生一些故障。某電力系統10 kV開關柜在2018—2020年期間工作運行中所出現的故障情況統計結果如表1所示。由表1可以看出，10 kV開關柜在電力系統運行中應用的常見故障主要為發熱故障以及絕緣故障，其在10 kV開關柜的各類故障中約占40.8%和36.8%。

2.2 10 kV開關柜的故障成因分析

（1）發熱故障。10 kV開關柜運行中出現發熱故障，主要與導電回路有關。常見的發熱情況包含接頭發熱、導體發熱、渦流發熱等。在開關柜的發熱量超出其排出標準時，就會發生開關柜溫度異常升高情況，嚴重時甚至引發安全事故。10 kV高壓開關柜的運行原理圖如圖1所示。由圖1可知，在10 kV開關柜的各種發熱情況中，導體發熱受長期較高負荷電流通過等因素作用，在高負荷狀態下的母排發熱表現更加明顯。現階段，市場中存在的母排產品，其生產制造過程中如果含有一定雜質，也會導致母排的電阻率較高，進而導致在較高電流負荷經過時出現熱量增加等情況[1]。與導體發熱情況不同，接頭發熱主要發生在刀閘的接頭以及引線、互感器接線板等連接部位。在上述連接部位出現接觸不良或電化學腐蝕影響等情況時，就會導致接頭發熱故障發生。針對變電站高壓開關柜發熱故障設計的快速弧光保護裝置所監測的開關柜弧光發熱及損傷變化曲線圖如圖2所示。

表1 某電力系統10 kV開關柜2018—2020年期間運行故障統計

圖1 10 kV高壓開關柜的運行原理圖

（2）絕緣故障。10 kV開關柜運行中的絕緣故障，是由于絕緣放電問題引起的。在導體相間或支柱瓷瓶閃絡、對地閃絡等情況下，均會發生絕緣放電。此外，10 kV開關柜絕緣故障的發生，與其運行環境較差也有一定的關系。尤其是一些工業較為發達的地區，其開關柜內部的絕緣子以及套管等在長時間運行下會存在較多污穢堆積，再加上空氣濕度較高，就會引起一些絕緣子支柱的泄漏距離偏小，從而發生污閃等絕緣故障。

圖2 燃弧對高壓開關柜的損壞影響變化曲線圖

（3）電氣元件故障等。10 kV開關柜運行中的電氣元件故障，主要表現為開關柜的避雷器以及帶電顯示器、電壓互感器等在長期運行中發生故障，對其安全與可靠運行產生不利影響。開關柜運行中的機械傳動操作機構故障，表現為操作機構存在彎曲變形以及傳動銷發生斷裂、拐臂斷裂、連桿拉斷等[2]。上述故障不僅會導致開關柜的機械傳動操作機構連桿出現脫落，嚴重情況下還會出現開關機構的操作失靈，從而引起開關拒分等。

3 10 kV開關柜運行故障的處理對策

（1）從開關柜的設計與制造階段，加強對產品質量的嚴格控制。在開關柜設計中，有關生產與設計廠家需通過充分的調研分析，結合客戶的意見和需求，對開關柜產品進行合理設計。同時，注意結合開關柜所在電網的運行條件及其實際情況，從具體需求出發，堅持因地制宜原則進行開關柜設計和制造。對開關柜設計與制造中使用的元器件，也應加強質量控制，以避免對開關柜的設計和制造質量產生影響[3]。比如，在金屬封閉高壓開關柜中，梅花觸頭廣泛應用，但在高壓開關柜運行過程中，也會出現梅花觸頭接觸不良引起的發熱情況。因此，在高壓開關柜的梅花觸頭性能試驗分析中，可根據其觸頭表面狀況以及接觸壓力、觸頭電阻率等影響因素，通過公式（1）進行計算分析，從而有效避免其在高壓開關柜運行中的接觸不良問題。

式中：RK為接觸電阻；KC為接觸壓力；FK為接觸材料的系數。

（2）加強開關柜出廠安裝過程中的調試與試驗檢測，以確保其各項性能與結構合理。對開關柜的安裝調試與試驗分析，主要是針對開關柜的絕緣和耐壓性能進行試驗驗證。10 kV開關柜的導電回路電阻試驗接線示意圖如圖3所示。

圖3 10 kV開關柜的導電回路電阻試驗接線示意圖

開關柜的耐壓試驗分析主要是為了檢驗開關柜主回路的工頻絕緣水平，具體試驗操作如下：首先斷開負荷開關，將開關一側接地，然后利用試驗變壓器對另一側以及地之間進行48 kV的高壓施加，時間控制為60 s；控制負荷開關為閉合狀態，在兩相接地條件下，利用試驗變壓器在另一相與地之間進行42 kV的高壓施加，時間控制為60 s。在開關柜回路直流電阻測試中，依照設備出廠的試驗值進行判斷，對所測量獲取的電阻R，應符合公式（2）的條件要求。

式中：Ru為產品型式試驗中的溫升試驗前主回路電阻值。

（3）加強對開關柜運行環境的改善和優化，并加大對開關柜運行的巡檢維護，從而避免其運行故障。例如，對雨水分布較多的地區，需要加強排水設計和防護；對開關柜夏季運行的負荷高峰期，應加強其通風散熱管理等。

4 結束語

就10 kV開關柜運行中的常見故障及成因、對策進行研究，有利于有效控制和避免10 kV開關柜運行中的各類故障問題，使其在電力系統運行中發揮重要作用，推動電力系統的安全、穩定與高效運行，不斷滿足人們的電力供應需求。