基于35 kV開關柜絕緣缺陷造成的停電事故分析

何 明，佘樂欣，嚴鏗博，李思堯

(深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000)

用電系統是發電廠的主要組成部分，如果用電系統發生故障，主機將停止運行，導致全廠處于停電狀態，造成巨大的經濟損失。我國發電廠用電系統適用的開關柜以35 kV為主，主要包括充氣柜、VGN-40.5箱式固定柜及KYN-40.5金屬鎧裝柜等。導致電廠發生開關柜事故的主要原因包括誤操作、開斷事故、絕緣缺陷及載流部分過熱等。開關柜的絕緣主要以氣體絕緣、空氣絕緣、固體復合絕緣為主。近幾年，我國發電廠35 kV開關柜絕緣技術水平顯著提升，但在設備安裝及運維過程中存在著開關柜絕緣缺陷問題，由此引發了諸多用電安全事故。

1 某發電廠用電事故分析

探究某發電廠的用電事故，分析了事故發生前用電系統運行環境、設備操作及故障處理，進行現場檢驗，尋找故障發生原因。

1.1 事故發生經過

發電廠的一期發電設備主要以110 kV變壓器與35 kV母線共同配合運行，發電系統的第3組風機檢修完成，快速投入運行中，但1 h以后風機出現單相接地情況，因變電站人員未及時發現，事故快速發展到三相短路狀態，此時主變壓器處于高壓后備復壓過流階段并產生跳變，全廠發生停電事故。

發現事故后，檢測人員對事故現場展開勘查，發現事故主要發生點在第三組風機的3505開關柜，經過現場測試發現，該開關柜可以正常操作，但斷路器的表面處于微黑狀態，且靜觸頭盒也嚴重燒灼，斷路器也有燒灼痕跡，斷路器的上觸頭和下觸頭均有明顯熏黑情況。

1.2 事故發生原因

根據事故檢查結果，能夠排除第三組風機保護誤動情況，可以劃定故障發生的具體范圍。根據檢測人員獲取的故障錄波圖及現場勘查結果，對事故產生原因展開分析。

發電廠的用電系統中，第三組風機出現事故的3505開關柜負荷側位置安裝了電流互感器，但此次故障出現短路的位置在開關柜本體，故障電流并未從電流互感器中流出，因此3505開關柜并未出現保護動作。從故障發生范圍來看，故障地點主要在1號主變壓器附近，但也在變壓器的保護范圍之外。根據故障錄波圖顯示，主變壓器高壓側的A點三相二次短路電流為16.7 A，B點三相二次短路電流為17 A，C點三相二次電流為16.5 A，短路電流已經超過1號變壓器高壓后備復壓過流保護定值的5.4 A，因此主變壓器出現保護操作，并分別跳開主變壓器高、低壓側開關，此時發電廠進入停電狀態，用電系統整體停止運作。經判斷分析，1號主變壓器的保護操作屬于正常行為。

事故檢測時發現三相間短路問題，根據檢測結果對三相間短路原因進行分析。在現場事故地點進行測試發現，斷路器的機械動作特性符合設備運作要求，尤其是合閘和分閘速度都滿足了參數設定標準，而設備機械動作的曲線及超程也都符合參數要求[1]?？梢耘懦龜嗦菲鳈C械動作出現失誤而導致的短路問題。從故障錄波圖來看，開關柜微機保護動作比較明顯，開關柜斷路器周邊多處存在燒灼情況，根據以往故障檢測經驗判斷，斷路器可能存在絕緣體受潮問題，因此在設備操作提升桿絕緣性降低以后，發生電壓絕緣故障。發電廠地處沿海地區，當地氣候變化比較明顯，受海洋氣候影響，潮濕空氣對線路影響較大[2]，因為故障處于初期發展階段，斷路器在第一時間進行保護操作，雖然提升桿存在受潮問題而降低絕緣性質，但開關柜快速做出反應，避免用電系統出現更嚴重的故障問題。開關柜B相下靜觸頭因提升桿絕緣問題而間歇性接地，開關柜的斷路器形成三相短路是本次故障的主要原因。

本次事故基本可排除因斷路器機械動作失誤引起故障的因素。導致全廠斷電故障的原因可從以下三個方面考慮：一是在事故發生之前，斷路器并未被放置到開關柜里面，而是與開關柜一起處于潮濕環境中，作為備用設備，長期暴露在潮濕空氣中，未經過干燥處理就投入運行，外接線路存在明顯絕緣性較低問題，導致故障發生。二是斷路器在開始送電之前，絕緣水平已無法滿足設備運行需求，但變電站工作人員對第三組風機進行檢修時并未發現該問題。三是故障發生點在35 kV開關柜系統中，該系統并不是接地系統，在設計時采用消弧消諧裝置及經消弧線圈共同接地的方式來保證系統運行。經計算發現，35 kV開關柜系統中的電容電流為70 A，已經超過了規定的30 A，因此處于該種接線狀態下的開關柜一旦發生單相接地故障，必然會導致電壓過高而引起主變壓器跳變問題。

該發電廠的意外停電造成了主機失靈，被迫停電帶來了巨大的經濟損失，對電力系統運行也造成了破壞，因此要防止因電力故障造成發電廠全場停電。應對發電廠的系統用電進行更改，對發電設備進行改進，有效應對全場停電問題。但是，由于發電廠的發電功率較大，經常會出現一些不可控制的突發事件。

因開關柜發電功率巨大而造成發電柜燒毀的主要原因包括發電柜絕緣缺陷、電柜電流載流高熱、開關跳閘、電流短路等。我國發電站35 kV開關柜主要以電流絕緣方式進行規劃，包括空氣絕緣體、固體混合絕緣體、氣體絕緣體等，雖然在電廠、變電站中廣泛應用35 kV電開關柜極大地解決了發電廠停電問題，但35 kV高壓電開關柜在制造、使用、修護方面存在著一些問題。為解決這些問題，保障發電運電系統的正常運行，要加強35 kV高壓電開關柜的維護，減少35 kV高壓電開關柜的絕緣事故。

2 35 kV開關柜運行中存在的問題

2.1 開關柜設備老化，缺少檢修

人們日常用電需求在不斷加大，導致發電廠發電率功率過高，設備超負荷的工作且逐漸老化，35 kV高壓開關設備的運行存在著安全隱患。在開關柜設備檢修過程中，一些企業為了節約成本，不重視檢修工作，沒有對老化的設備及時進行檢修，導致發生電路絕緣事故。

2.2 開關柜質量差

開關柜的質量對于開關柜的整體功能有著重要影響。例如，開關柜的一些設備元件雖然經過了電流耐壓檢測，但在整體性上達不到35 kV高壓開關柜的檢測標準。在高壓開關設備中，一些質量不達標，容易出現操作失誤，導致安全事故進一步擴大。

2.3 檢修不當

35 kV開關柜設備需要在平穩環境下運行，這是保證其安全、高效工作的重要條件。35 kV高壓開關柜發生絕緣短路的原因主要是運行工作環境較差、維護措施不當。開關柜內部的絕緣體由環氧樹脂互感器、絕緣套管、避雷裝置等設備組成，這些裝置很容易受到氣候溫度、大氣水分、灰塵等自然因素的影響，導致發電設備出現老化問題，令高壓開關柜電路出現絕緣現象。

2.4 工作人員操作失誤

實際運行中需要進行多次操作，每項程序都較為煩瑣，由于高壓開關柜制作材料質量不同、工作運行環境不同，因此設備工作水平存在較大差距。為保障35 kV開關柜的穩定運行，工作人員應具備熟練的操作技能、較強的責任心，能夠按照規范進行運行操作。如果工作人員沒有嚴格遵守操作守則或不具備操作能力，容易出現操作失誤，導致高壓開關柜出現電路短路問題，發生絕緣現象。

2.5 自然災害引發事故

自然災害會引發電路絕緣或開關柜事故，如大風、雷電、地震等自然災害，雷雨天氣下，往往只需要短短的幾分鐘，強大的雷場便會破壞35 kV高壓開關柜，影響工作效率。應及時對開關柜進行檢修，發現問題第一時間進行修復，查看是否發生了開關柜絕緣現象，將發生絕緣事故的部分進行重新修復連接，使之恢復正常運行。圖1為開關柜線路圖，要對事故原因進行分析，避免開關柜在運行中出現絕緣現象，減少經濟損失。

圖1 35 kV開關柜絕緣隱患事故圖Fig.1 35 kV switch cabinet insulation hidden danger accidents

3 改進建議

導致發電廠發生用電事故的主要原因包括變電站檢測人員失職、斷路器運行環境惡劣及開關柜運行方式存在安全隱患等。應針對事故原因重新調整應急預案，制定開關柜運維工作改進措施，采用定期輪換機制，強化運維管理，轉變系統接地方式，避免發生停電事故，保障發電廠各類設備的運行安全，為發電廠員工提供安全的工作環境。

調整開關柜運行環境和柜內環境，在開關柜運行過程中配備大功率的除濕設備。因發電廠所處地理位置比較特殊，開關柜運行環境惡劣，受潮濕空氣影響比較明顯，可在開關柜周圍安裝空調，為開關柜進行通風和除濕。工作人員要定期做好開關柜檢查，了解開關柜系統及相關設備是否存在受潮情況，判斷開關柜接線的絕緣性。如處于雨季，要加大開關柜檢查力度，對設備除濕效果進行檢測，保障開關柜設備處于穩定運行狀態。

制定設備運維管理輪換機制。根據發電廠電力系統設備運行需求，組建設備運維班組，嚴格遵從定期輪換制度要求，由各班組對設備進行管理，了解設備運維狀態，按照管理規程對設備進行檢查和維護，保證設備在要求標準下投入到運行中。規避本次事故中某項設備長期處于備用狀態而出現受潮情況，未仔細檢查而導致設備絕緣性降低等情況。

對發電廠現有的開關柜運行方式進行調整?？紤]到發電廠的發電業務需求，根據發電系統中各項設備的運行狀況，規避因電壓過高而出現的主變壓器跳變事故。建議發電廠對35 kV開關柜的接地方式進行調整，取消原本消弧消諧裝置與經消弧線圈共同接地的運行方式，只保留經消弧線圈接地，保證電流檢測結果滿足參數設置要求。

為了順利落實各項改進建議，做好用電事故預警，建議發電廠健全事故處理應急預案，降低用電事故造成的影響。通過優化應急預案，強化用電系統管理，保證各類供電設備的平穩運行。

發電廠制定了相關問題處理預案，強化了用電系統管理措施，使開關柜在工作中大大減少了絕緣問題的出現，為工作人員提供了工作便利。

4 結語

35 kV高壓開關柜是發電系統中的重要設備，開關柜運行的穩定性直接關系著電廠的用電系統是否安全可靠。以某發電廠35 kV高壓開關柜絕緣缺陷引發的用電事故為例，分析了事故發生原因，提出了維護建議。應制定輪換制度，加強開關柜運維管理，對發電廠用電事故進行分析，提前做好事故應急預案，為應對發電廠開關柜絕緣事故提供參考。