10~35kV高壓柜開關(guān)柜隱患及故障解析

1、1035kV高壓柜開關(guān)柜隱患及故障解析（一）引言1035kv高壓開關(guān)柜，是變電站的重要設(shè)備，在裝數(shù)量最多。與110kV及以上戶外設(shè)備相比，高壓開關(guān)柜安裝在室內(nèi)， 有它自身的優(yōu)勢。在運(yùn)行中，高壓開關(guān)柜需要注意的問題有：（1） 高壓開關(guān)柜內(nèi)有機(jī)緣材料多，其絕緣性能和憎水性若降低， 具有不可逆轉(zhuǎn)的特點(diǎn)； 即使隱患不太嚴(yán)重，也必須及時(shí)消除。（2）與戶外設(shè)備相比，多數(shù)高壓開關(guān)柜內(nèi)的絕緣子不具備自潔能力，應(yīng)根據(jù)其特點(diǎn)制 定運(yùn)行維護(hù)策略。高壓開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備具有紅外測溫不方便、操作質(zhì)量僅靠位置顯示、 柜內(nèi)設(shè)備巡視不易觀察等特點(diǎn)，需要采用先進(jìn)的檢測裝置及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患。高壓開關(guān)柜需要認(rèn)真落實(shí)防爆、防火、防潮、防不動(dòng)物

2、措施。高壓開關(guān)柜是電網(wǎng)設(shè)備中與用戶聯(lián)系最近的設(shè)備，運(yùn)行中若發(fā)生故障，將直接造成對(duì)用戶停電，影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展和民生。概述1035kv高壓開關(guān)柜安裝在高壓室內(nèi)。一般認(rèn)為其運(yùn)行環(huán)境條件好于戶外露天布置的設(shè)備，運(yùn)行比較安全、可靠。高壓開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備布局緊湊。 為了保證帶電體相間、 對(duì)地絕緣距離，柜內(nèi)母線排采用熱 縮包裹導(dǎo)體結(jié)構(gòu)（絕緣護(hù)套），各部件相間有絕緣隔板，柜間連接母線排穿過穿板套管。上 述絕緣部件都是有機(jī)絕緣材料，運(yùn)行中，有機(jī)絕緣材料受電化腐蝕、熱、潮氣等因素影響， 其絕緣性能會(huì)發(fā)生不可逆的變化。高壓開關(guān)柜發(fā)生絕緣損壞故障，引起絕緣材料燒損， 產(chǎn)生有毒煙氣，危及工作人員的人身安全，導(dǎo)致發(fā)生間接地和相間

3、短路故障且可能引起火災(zāi)。為了防止發(fā)生火災(zāi)， 高壓開關(guān)柜內(nèi)的絕緣件（如絕緣子、套管、隔析板和觸頭罩等）應(yīng)采用阻燃絕緣材料。為防止高壓開關(guān) 柜火災(zāi)蔓延，在開關(guān)柜的柜間、母線室之間及與本柜其他功能隔室之間，應(yīng)采取有效的封堵隔離措施。與戶外設(shè)備相比，多數(shù)開關(guān)柜內(nèi)的絕緣子不具備自潔能力，應(yīng)根據(jù)其特點(diǎn)制定運(yùn)行維護(hù)策略。高壓開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備具有進(jìn)行紅外測溫不方便、手車式開關(guān)柜操作質(zhì)量僅靠位置顯示、柜內(nèi)設(shè)備巡視不易觀察等特點(diǎn)，需要采用先進(jìn)的檢測裝置及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患。高壓開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備發(fā)生故障，產(chǎn)生的煙霧會(huì)進(jìn)入相鄰的母線室、二次設(shè)備室、相鄰開關(guān)柜內(nèi)，影響其設(shè)備的絕緣性能。同時(shí)，產(chǎn)生煙氣和高溫，柜內(nèi)壓國力增大，煙霧遇到明火

4、（電?。┛赡苌?。因此，安裝施工時(shí)，應(yīng)檢查開關(guān)柜泄壓通道或壓力釋放裝置，確保與設(shè)計(jì) 圖紙一致。檢查處理開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備故障時(shí)，應(yīng)考慮故障對(duì)相鄰的母線室、二次設(shè)備室、相鄰開關(guān)柜有無影響。運(yùn)行中，高壓開關(guān)柜出現(xiàn)的隱患和幫障，主要分為放電、主導(dǎo)流部位發(fā)熱、 絕緣隱患和故障。上述隱患可能惡化，導(dǎo)致對(duì)地、相間絕緣破壞，發(fā)生接地、短路故障，甚至燒毀開關(guān) 柜。高壓開關(guān)柜燒損嚴(yán)重，將危及相鄰開關(guān)柜的安全。高壓開關(guān)柜內(nèi)部放電隱患高壓開關(guān)柜運(yùn)行中出現(xiàn)放電，主要原因如下：(1) 元器件的加工工藝不規(guī)范(2) 元器件的裝配工工藝不規(guī)范(3) 現(xiàn)場安裝工藝、質(zhì)量問題(4) 設(shè)備及絕緣件設(shè)調(diào)不合旦、(5) 運(yùn)行中，設(shè)備外絕

5、緣污穢并有潮氣。(6) 運(yùn)行年久，絕緣老化。高壓開關(guān)柜內(nèi)元器件的加工工藝不規(guī)范、 裝配工藝不規(guī)范以及現(xiàn)場安裝工藝、 質(zhì)量問題， 均會(huì)使帶電運(yùn)行中形成不均勻電場， 產(chǎn)生懸浮電位而發(fā)生放電。 運(yùn)行中，設(shè)備外絕緣污穢并 有潮氣，是發(fā)生放電的主要因素，由運(yùn)行維護(hù)方面原因所致。高壓開關(guān)柜內(nèi)發(fā)生放電現(xiàn)象，柜內(nèi)的有機(jī)緣材料受損且不可恢復(fù)。不嚴(yán)重的放電的累積效應(yīng)，逐步使絕緣損壞，最終導(dǎo)致發(fā)生接地、短路故障。每年迎峰度夏(冬)前應(yīng)開展超聲波局部放電檢測、暫態(tài)地電壓檢測，及早發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)絕緣缺陷，防止由開關(guān)柜內(nèi)部局部放電演變成短路故障。高壓開關(guān)柜運(yùn)行中，必須防止進(jìn)入灰塵和潮氣，結(jié)合檢修試驗(yàn)工作，定期檢查和清掃。應(yīng)

6、在高壓室配置通風(fēng)、除濕防潮設(shè)備，防止凝露導(dǎo)致絕緣事故。開關(guān)柜中所有絕緣件裝配前均應(yīng)進(jìn)行局部放電檢測，單個(gè)絕緣件局部放電量不大于3pC高壓開關(guān)柜內(nèi)部發(fā)熱隱患高壓開關(guān)柜主導(dǎo)流部位發(fā)熱，主要原因如下：(1) 制造廠產(chǎn)品設(shè)計(jì)問題。(2) 制造廠裝配工藝不規(guī)范。(3) 部件原材料選用問題。(4) 現(xiàn)場安裝工藝、質(zhì)量問題。(5) 檢修質(zhì)量問題。(6) 負(fù)荷電流過大。(7) 運(yùn)行年久，設(shè)備老化。開關(guān)柜內(nèi)電氣連接點(diǎn)發(fā)熱，突出表現(xiàn)在電源主進(jìn)柜和母線分段柜等大電流開關(guān)柜上。由于負(fù)荷電流大，在主導(dǎo)流接觸部位產(chǎn)生熱量，使接觸部位接觸電阻增大，造成絕緣損壞，最后形成放電，短路燒毀開關(guān)柜，造成母線短咱故障。固定式開關(guān)柜的

7、隔防開關(guān)， 要保證其接觸良好，關(guān)鍵在于保證接觸面積和接觸壓力足夠。 往往由于隔離開關(guān)本身質(zhì)量、柜體裝配精度存在問題和安裝調(diào)試問題，不能有效保證接觸良好。固定式開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備機(jī)械加工精度低，隔離開關(guān)動(dòng)、靜觸頭有一定的偏位，合閘時(shí)造成單面接觸導(dǎo)致發(fā)熱。因?yàn)檫\(yùn)行中隔離開關(guān)接觸部位單面接觸，造成兩刀片之間的小連桿通過電流，進(jìn)一步使接觸壓力變小， 發(fā)熱加劇，最終使連桿燒斷，觸頭放電拉弧，形成相間短路。手車式、中置式開關(guān)柜， 可能出現(xiàn)發(fā)熱隱患的部位，主要是手車動(dòng)、靜觸頭之間的接觸 部位、手車靜觸頭座與母線排之間的接觸部位。手車的動(dòng)、靜觸頭，一般采用彈簧壓緊的線 接觸方式，因手車動(dòng)、靜觸頭接觸行程（插入深度）

8、不足，使觸頭接觸面積和接觸壓力不足 而發(fā)熱；手車動(dòng)觸頭彈簧質(zhì)量差或退火，會(huì)使接觸電阻增大而嚴(yán)重發(fā)熱；若壓緊彈簧退火燒斷，會(huì)造成觸頭放電拉弧，形成相間短路。有些型號(hào)的開關(guān)柜手車動(dòng)觸頭過長，操作時(shí)振動(dòng) 和撞擊會(huì)使觸頭偏離正常位置。手車的前后輪距小，推入時(shí)遇到阻力，造成手車上部后仰， 當(dāng)手車下部已經(jīng)到位并鎖定時(shí)，上部動(dòng)、靜觸頭插入不足或動(dòng)、靜觸頭不在同一水平面，接觸電阻大導(dǎo)致嚴(yán)重發(fā)熱。 因此，安裝調(diào)試和檢修后，必須測量接觸電阻符合規(guī)定，保障運(yùn)行中接觸良好。開關(guān)柜制造廠出廠試驗(yàn)時(shí)， 一般只做手車、斷路器本體的回路電阻檢測， 不做開關(guān)柜其 他部位的接觸電阻檢測； 廠家也沒有做手車觸頭接觸行程的測量， 建

9、議在交接試驗(yàn)中，增加 測量開關(guān)柜接觸電阻和檢查手車動(dòng)、靜觸頭接觸行程。開關(guān)柜內(nèi)若有過熱故障，可能使有機(jī)絕緣材料嚴(yán)重?zé)龘p，從而導(dǎo)致對(duì)地、相間產(chǎn)生電弧放電。倒閘操作時(shí)，手車開關(guān)每次推入柜內(nèi)運(yùn)行位置，應(yīng)保證手車合閘到位，動(dòng)、靜觸頭接 觸良好。開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備檢修試驗(yàn)時(shí)，必須保證主導(dǎo)流接觸部位接觸良好。高壓電力電纜分相穿過開關(guān)柜底部鐵板、穿板套管穿過開關(guān)柜之間的鐵板時(shí)，若鐵板形成閉合磁路，設(shè)備通過大電流時(shí)，因漏磁產(chǎn)生渦流發(fā)熱，使電力電纜、穿板套管受熱損壞。 因此，電力電纜穿過的開關(guān)柜底板、穿板套管的固定板應(yīng)使用非導(dǎo)磁材料（如不繡鋼材料）；若使用鐵板，必須使其不能形成閉合磁路。加強(qiáng)開展開關(guān)柜溫度檢測， 對(duì)溫

10、度異常的開關(guān)柜強(qiáng)化監(jiān)測、分析和處理，防止導(dǎo)電回路過熱引發(fā)的柜內(nèi)短路故障。 高壓開關(guān)柜運(yùn)行中， 使用紅外熱成像儀測溫， 只能對(duì)柜體外部檢 測，很難直接發(fā)現(xiàn)發(fā)熱點(diǎn)，需要進(jìn)行對(duì)比分析。對(duì)開關(guān)柜各部位檢測后， 再與環(huán)境溫度對(duì)比， 高出環(huán)境溫度較多， 證明柜內(nèi)有發(fā)熱點(diǎn)。 相同環(huán)境溫度下，負(fù)荷電流相差不大的各開關(guān)柜表 面溫度，若相差較多，則溫度高的開關(guān)柜內(nèi)部有發(fā)熱點(diǎn)。對(duì)于有發(fā)熱現(xiàn)象的開關(guān)柜，可以在加強(qiáng)安全監(jiān)護(hù)的情況下， 打開柜門進(jìn)行測溫， 檢查具體的發(fā)熱點(diǎn)。 設(shè)備停電操作后，立即測 量各部位的余溫，也是檢查具體發(fā)熱點(diǎn)的方法。對(duì)于大電流開關(guān)柜， 制造廠應(yīng)做溫升試驗(yàn)， 必須滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。 運(yùn)行單位應(yīng)完善運(yùn)

11、 行規(guī)程，按制造廠規(guī)定使用冷卻和散熱設(shè)施。高壓開關(guān)柜絕緣損壞故障高壓開關(guān)柜發(fā)生絕緣損壞故障，主要原國如下：(1) 制造廠產(chǎn)品設(shè)計(jì)冋題。(2) 柜內(nèi)有過熱故障。(3) 柜內(nèi)設(shè)備絕緣缺陷。(4) 現(xiàn)場安裝工藝、質(zhì)量問題。(5) 系統(tǒng)有過電壓(雷擊及內(nèi)部過電壓)產(chǎn)生。(6) 進(jìn)入小動(dòng)物或其他外部因素。(7) 柜內(nèi)二次接線問題。(8) 開關(guān)柜“五防”功能不健全。(9) 運(yùn)維管理不嚴(yán)，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除隱患。變電站初步設(shè)計(jì)階段， 設(shè)備選型時(shí)，應(yīng)明確選用符合 國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反 事故措施要求的開關(guān)柜。設(shè)備招投標(biāo)技術(shù)文件、與制造廠簽訂的設(shè)備技術(shù)協(xié)議、設(shè)計(jì)圖紙等，均應(yīng)標(biāo)明選用符合規(guī)定的柜內(nèi)設(shè)備和部件

12、。高壓開關(guān)柜運(yùn)行于中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)。中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障比較頻繁，可能產(chǎn)生間歇電弧過電壓、諧振過電壓，受過電壓等因素的影響，出現(xiàn)故障概率較大的是電壓互感器(TV)柜。為了減少TV燒損故障，應(yīng)選 用伏安特性好的、全絕緣型TV, 不能使用半絕緣型 TXA為防止產(chǎn)生間歇電弧過電壓、諧振過電壓，可以采用4只TV組成防諧振接線方式。即三相TV 一次中性點(diǎn)再接1只TV (零序TV)。也可以采用在三相 TV 一次中性點(diǎn)接消諧器的 方式，防止出現(xiàn)諧振高電壓。隨著城市配電網(wǎng)逐步擴(kuò)大，系統(tǒng)電容電流越來越大，消弧線圈的作用也越來越重要。建議在每一段10 KV母線上都安裝自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償式消弧線圈。定

13、期測量系統(tǒng)的電容電流，保 證消弧圈容量足夠，保證可靠熄平單相接地故障點(diǎn)的電弧，防止系統(tǒng)產(chǎn)生間歇過電壓和諧振過電壓。為防止小動(dòng)物進(jìn)入， 高壓室電纜溝入口應(yīng)采取有效封堵措施，開關(guān)柜一、二次電纜進(jìn)線處必須嚴(yán)密封堵。各開關(guān)柜柜門應(yīng)嚴(yán)密關(guān)閉，柜底孔洞應(yīng)用防火材料封嚴(yán)。高壓室門上應(yīng)安 裝防鼠擋板，并在合適地點(diǎn)放滅鼠藥物(器具)。高壓室、電纜夾層的門窗應(yīng)保持嚴(yán)密，使 用金屬紗窗；通風(fēng)機(jī)、通風(fēng)口、出水孔與固定式百葉窗內(nèi)側(cè)應(yīng)加裝金屬網(wǎng)。設(shè)備停電檢修，對(duì)斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢查，做斷路器真空度和機(jī)械特性試驗(yàn)，防止機(jī)械卡滯，保證動(dòng)作可靠。按規(guī)定認(rèn)真進(jìn)行設(shè)備評(píng)價(jià)，掌握設(shè)備的狀態(tài)，按狀態(tài)評(píng)價(jià)制定檢修試驗(yàn)策略，實(shí)施狀態(tài)檢修

14、，及時(shí)消除隱患，防止發(fā)生設(shè)備事故。元器件加工、裝配工藝不規(guī)范產(chǎn)生放電1. 觸頭盒內(nèi)部銅母線排倒角不規(guī)范引起尖端放電某變電站35kV某出線開關(guān)柜運(yùn)行中有放電聲音。檢查各開關(guān)柜無進(jìn)入潮氣現(xiàn)象，排除 了污穢和柜內(nèi)潮濕因素。對(duì)該出線開關(guān)柜停電檢查，手車?yán)龊?，現(xiàn)場夜間觀察開關(guān)柜一相上觸頭盒內(nèi)有放電火花。母線停電后檢查，發(fā)現(xiàn)A相觸頭盒內(nèi)銅母線排對(duì)觸頭盒內(nèi)壁有放電痕跡（見圖1）圖1銅母線排對(duì)觸頭盒內(nèi)壁有放電痕跡案例2某變電站某35kV出線開關(guān)柜發(fā)生內(nèi)部故障，造成越級(jí)跳閘。故障設(shè)備停電檢查，A相上觸頭盒內(nèi)銅母線排端部燒損缺角，觸頭盒底部燒穿（見圖2-2）。開關(guān)柜B相上觸頭盒內(nèi)，有明顯的銅母排端部對(duì)觸頭盒底部

15、放電痕跡（見圖2-3）圖3 B相上觸頭盒內(nèi)銅母線排端部對(duì)觸頭盒底部放電故障分析以上兩個(gè)案例表明：觸頭盒內(nèi)銅母線排端部都沒有倒角，導(dǎo)體的銳角使電場強(qiáng)度不均勻，運(yùn)行中會(huì)發(fā)生放電現(xiàn)象。 長時(shí)間運(yùn)行中的放電隱患， 使觸頭盒絕緣性能逐步惡化，最終導(dǎo)致事故發(fā)生。母線排尖端沒經(jīng)過處理或處理不規(guī)范，是引起尖端放電的關(guān)鍵因素，再加上觸頭盒也存在毛刺，長期運(yùn)行后絕緣材料的電老化更加明顯，也是制造廠可能忽視的部位。靜觸頭的毛刺、尖端、銳角等放電，使絕緣材料的電老化速度加快，運(yùn)行中存在很大的 絕緣故障隱患。除此之外，開關(guān)柜內(nèi)所有金屬尖端， 包括母線排、接地開關(guān)、金屬固定件等， 也可能產(chǎn)生尖端放電（見圖 4）圖4 母線

16、排、接地開關(guān)、金屬固年尖端引起放電預(yù)防措施觸頭盒內(nèi)的母線排端部，應(yīng)消除其尖角、毛刺。正確的母線排倒角如圖 2-5所示。開關(guān) 柜其他部位的母線排端部及帶電體也要有倒角，使電場強(qiáng)度分布均勻，消除放電隱患。圖5正確的母線排倒角2. 熱縮套管不正確使用引起放電某變電站35kV某出線開關(guān)柜運(yùn)行中有放電聲音。排除污穢和柜內(nèi)潮濕因素之后，對(duì)該 出線開關(guān)柜停電檢查，手車?yán)龊?，發(fā)現(xiàn)A相手車靜觸頭盒內(nèi)有放電痕跡。 經(jīng)母線停電檢查, 發(fā)現(xiàn)靜觸頭盒底部有很明顯的放電痕跡（見圖6），盒內(nèi)母線排護(hù)套過長，與靜觸著頭座太近，使帶電部位與絕緣體之間的空氣間隙過小。圖6觸頭盒內(nèi)部熱縮管太長引起放電前后對(duì)比圖觸頭盒內(nèi)部（連接靜

17、觸頭部位） 熱縮管太長，帶電部位與絕緣體之間的空氣間隙小，影 響電場分布，產(chǎn)生放電現(xiàn)象，應(yīng)將熱縮短到觸頭盒出線口內(nèi)部。圖6中的熱縮管長短，制造廠裝配工作中隨意性很大，也是很普遍的現(xiàn)象，也是一種嚴(yán)重的放電現(xiàn)象。預(yù)防措施正確的內(nèi)部熱縮管位置， 應(yīng)將熱縮管設(shè)計(jì)在出線口中部，加大空氣間隙，改善熱縮管處的電場分布（見圖 7）圖7正確的內(nèi)部熱縮管位置3. 穿板套管屏蔽線沒有與母線排連接或連接不規(guī)范引起放電案例1某變電站35kV某出線開關(guān)運(yùn)行中有放電聲音，經(jīng)專業(yè)人員現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)放電現(xiàn)象在該開關(guān)柜母線室。母線停電檢查，發(fā)現(xiàn)穿板套管屏蔽線沒有與母線連接（見圖8），屬于現(xiàn)場安裝調(diào)試時(shí)遺漏所致。穿板套管屏蔽線與母

18、線排正常連接（見圖9），使電場分布均勻，是防止發(fā)生放電的措施。加入運(yùn)行后放電現(xiàn)象消失。如果穿套板管屏蔽線與母線排連接不規(guī)范，也可能產(chǎn)生放電現(xiàn)象。某變電站35kV某出線開關(guān)柜母線室內(nèi)有放電聲， 母線停電檢查，發(fā)現(xiàn)穿板套管屏蔽線與母線排連接不規(guī)范，在套管端口部位附近的連接線導(dǎo)體外露（見圖 10）,形成不均勻電場而套管端口處產(chǎn)生放電。圖8穿板套管屏蔽線沒有與母線連接圖9穿板套管屏蔽線與母線排正常連接案例2某變電站35kV母線分段開關(guān)段開關(guān)柜內(nèi)運(yùn)行中有放電聲音，經(jīng)停電檢查，發(fā)現(xiàn)穿板套管屏蔽線與母線排連接不規(guī)范，屏蔽線擠在穿板套管和母線排之間（見圖11），形成不均勻電場而在套管端口處產(chǎn)生放電。圖11屏蔽線擠在穿板套管和母線排之間案例3某變電站35kV某出線開關(guān)柜運(yùn)行中有放電聲音，經(jīng)專業(yè)人員現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)放電現(xiàn)象在開關(guān)柜母線室。數(shù)日陰雨天氣后，放電聲音就大，立即停電檢查，發(fā)現(xiàn)一相穿板套管有較嚴(yán)重的燒損痕跡（見圖 12）。圖12穿板套管上的放電痕跡穿板套管安裝在絕緣板上， 并且套管穿過絕緣板， 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理， 穿板套管內(nèi)壁到套 管表面的有效距離太小。 長期運(yùn)行加上環(huán)境濕度大，絕緣板吸潮后，介電常數(shù)增大，加劇套 管附近空氣局部放電，導(dǎo)致產(chǎn)生放電，并燒損穿板套管。預(yù)防措施（1）制造廠技術(shù)人員在現(xiàn)場裝配，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行工藝要示。規(guī)范穿板套管屏蔽線與母線 排連接工藝，防止連接導(dǎo)線接近穿板套管內(nèi)壁。（2）