開關柜典型故障分析及解決方案

1、高壓開關柜典型故障分析及解決方案電力系統廣泛使用10kV（含6kV）35kV開關柜,擔負著發(fā)電廠用電、變電站和用戶供電的任務,且用量大,分布廣。由于1OkV35kV開關柜的設計、制造、安裝和運行維護等方面均存在不同程度的問題，因而開關柜事故率比較高，危及人身、電網和設備安全，影響供電可靠性.一、下面列舉幾種類型的開關柜事故（故障）案例:（一)開關柜防爆性能不足或防誤性能不完善，危及人身安全;由于開關柜防爆性能不足或防誤性能不完善，近幾年省內外發(fā)生多起人身傷害事件，以下列舉四起事故:1. 2006年2月 24日，某 220kV變電站 10kV高壓開關柜（GGX2型）由于饋線故障,開關發(fā)生拒動，運

2、行人員在處理開關拒動過程中，當拉開開關,確認開關位置指示處于分閘位置后，操作拉開隔離刀閘時,發(fā)生弧光短路，造成 2人重傷 1人輕傷。事故后現場檢查發(fā)現:該開關操作機構 A、B相拐臂與絕緣拉桿連接處松脫，造成 A、B相主觸頭未分開，在操作拉開隔離刀閘時發(fā)生弧光短路。由于906柜壓力釋放通道設計不合理，下柜前門強度不足，弧光短路時被電弧氣浪沖開，造成現場人員被電弧灼傷。開關柜的上述問題是人員被電弧灼傷的直接原因.2。 7月 1日，某單位發(fā)生一起因變電運行人員擅自打開10千伏開關柜柜門，誤碰帶電部位造成的人身觸電死亡事故.設備缺陷是事故發(fā)生的又一間接原因。由于 6522A相刀閘動觸頭絕緣護套老化，松

3、動后偏移，刀閘斷開時護套卡入動觸頭與刀閘接地側的靜觸頭之間，造成刀閘合閘時卡澀合不上.且該 GG1A型高壓開關柜系 60年代設計的老舊產品,96年生產，97年投運；原安裝有機械程序防誤鎖，于 2002年改造為微機防誤裝置，由于此型號的高壓開關柜原設計不完善，不能實現線路有電強制閉鎖。3。 2009年9月30日,某220kV變電站發(fā)生一起10kV開關柜內部三相短路，電弧產生高溫高壓氣浪沖開柜門，造成2名在開關柜外進行現場檢查的運行值班員被電弧灼傷，其中1人于10月1日死亡.4。 2010年8月19日,8月19日,某單位在更換某220kV變電站10kV I段母線PT過程中，工作班成員觸碰到帶電的母

4、線避雷器上部接線樁頭，造成2人死亡、1人嚴重燒傷.初步分析，事故主要原因為廠家設備一次接線錯誤。根據國家電網公司典設和設備訂貨技術協議書，10千伏母線電壓互感器和避雷器均裝設在10千伏母線設備間隔中，上述設備的一次接線應接在母線設備間隔小車之后（見附圖1）.而開關柜廠家在實際接線中,僅將10千伏母線電壓互感器接在母線設備間隔小車之后，將10千伏避雷器直接連接在10千伏母線上，導致拉開10千伏母線電壓互感器9511小車后，10千伏避雷器仍然帶電（見附圖2）。變電站運行人員按照工作票要求，拉出10千伏段母線設備間隔9511小車至檢修位置,斷開電壓互感器二次空開，在段母線電壓互感器柜懸掛“在此工作”

5、標示牌，在左右相鄰柜門前后各掛紅布幔和“止步,高壓危險”警示牌后,向調度匯報.變電站運行人員與工作負責人一同到現場對10千伏段電壓互感器進行驗電,由于電壓互感器位置在9511柜后,必須由施工人員卸下柜后檔板才能進行驗電，在驗明電壓互感器確無電壓之后,運行人員許可施工人員工作。由于電壓互感器與避雷器共同安裝在10千伏段母線設備柜內(見附圖3），施工人員在工作過程中，觸碰到帶電的避雷器上部接線樁頭，造成人員觸電傷亡。圖1：附圖2附圖3：（二）開關內設備接（觸)頭過熱性故障封閉式開關柜在運行中不能打開，因此難以測量運行中柜內接（觸）頭的實際溫度，如不及時發(fā)現并處理接（觸）頭過熱性缺陷,嚴重威脅電力安

6、全生產.固定式開關柜每個進出線間隔共有負荷電流流過的33或39個接（觸頭)，小車移動式開關柜每個進出線間隔共有負荷電流流過的24個（或更多）接(觸頭）。這些接（觸)頭直接流過負荷電流,當負荷較大時存在隱患的接（觸）頭就會嚴重發(fā)熱.由于發(fā)熱點在密封柜內，運行中的柜門禁止打開,值班人員無法通過正常的監(jiān)視手段發(fā)現發(fā)熱缺陷.一旦觸頭發(fā)熱嚴重必然造成事故發(fā)生，影響系統安全運行.下邊四起故障分析。1。 2007年2月3日23時59分，某變電站10kV電容器組III644開關跳閘,保護裝置顯示“過流I段動作”。現場檢查發(fā)現，10kV配電室有濃煙,10kV電容器組III開關柜下部有著火現象。第二天檢查情況:1

7、0kV電容器組III 644開關柜內B相CT和鋁排連接處松動引起發(fā)熱導致該處燒斷和熱縮材料燃燒,A、C相也有放電痕跡。2。 2009年8月16日晚，某變電站發(fā)生10kV開關柜故障,燒損多面開關柜。10kV農專線柜（開關、CT、靜觸頭及套管、母排及相接銅排、母排套管、保護測控裝置、屏頂小母線、電度表、二次控纜燒損;出線電纜頭輕微灼傷）; A相 B相 C相 開關 電纜頭及CT 母線 10kV下白貨柜（母排、母排套管、靜觸頭及套管、保護測控裝置、屏頂小母線、電度表、二次控纜燒損；相接銅排、開關、CT、出線電纜頭輕微灼傷)； 母排 保護及二次控纜10kV醫(yī)院柜（母排、母排套管、靜觸頭及套管、保護測控裝

8、置、屏頂小母線、電度表、二次控纜燒損；相接銅排、開關、CT、出線電纜頭輕微灼傷)；保護及二次控纜 母排故障原因分析：10kV農專線開關柜由于隔離插頭接觸不良，開關長期在滿負荷運行，觸頭發(fā)熱引起梅花觸頭的彈簧退火變形，失去彈性，造成該隔離插頭接觸電阻變大，運行中發(fā)熱燒熔，燒損觸頭周圍的絕緣件，最終絕緣擊穿，造成觸頭相間短路故障.2。 2010年8月12日某變電站1主變低壓側631開關因發(fā)熱造成開關柜內部三相短路燒毀.初步分析是:1主變 10kV側 631手車開關柜內斷路器 A相母線側梅花插頭（上側）與靜觸頭間接觸不良發(fā)熱，最終發(fā)展成梅花插頭對靜觸頭電弧放電,導致真空斷路器銅觸指嚴重燒損，散熱件熔

9、化，穿墻套管燒毀并產生大量的含有金屬離子、碳合物的煙氣，造成母線三相對地短路（見附圖）.開關柜接線圖斷路器A相觸指被電弧燒損。3。 2006年3月8日,某單位在處理某變電站#1主變10kV側61A3刀閘缺陷時發(fā)現：、61A3刀閘斷不開，外觀檢查靜觸指存在局部過熱痕跡。、1主變10kV側61A1刀閘下斷口A相丟掉兩只靜觸指,靜觸頭夾緊彈簧有過熱的痕跡,C相靜觸頭夾緊彈簧有過熱的痕跡（有三只彈簧熔在一起），C相支柱絕緣子上有被熱氣薰的痕跡。、10kV分段回路6001刀閘下斷口C相丟掉一只靜觸指，靜觸頭夾緊彈簧有過熱的痕跡（有一只彈簧熔在一起），上斷口也存在類似的問題.該變電站該段母線的開關柜型號為

10、GGX2, 61A1、61A3刀閘和10kV分段回路6001刀閘均為戶內高壓旋轉式隔離開關，型號均為GN30-10，4S熱穩(wěn)定電流均為40kA,額定電流：3150A(61A1、61A3刀閘）、2000A(6001刀閘）。動靜觸頭過熱的原因分析：這種刀閘合閘時,靜觸指與靜觸座間有間隙,接觸的點、面少，在通過大電流時，固定靜觸指與夾緊彈簧的螺栓和夾緊彈簧參與分流、導電，造成有些螺栓燒斷（靜觸指丟落的原因）和夾緊彈簧過熱退火，也造成動、靜觸頭接觸不是很好，造成動靜觸頭局部過熱、熔焊。圖161A1刀閘C相觸頭的過熱情況 圖2 61A1刀閘A相觸頭的過熱情況圖310kV分段回路6001刀閘的過熱情況 圖

11、4丟落的靜觸指和燒斷的固定靜觸指、夾緊彈簧的螺栓(三)小動物進入開關柜引起短路故障2006年9月14日，某單位某變電站1主變后備保護動作,跳三側開關。檢查發(fā)現,10kV開關室煙霧彌漫，10kVI、II段母線聯絡柜內6001刀閘與10kV母聯600開關之間連接線發(fā)生相間短路，10kVI、II段母線聯絡柜下柜門被沖開,下柜門上的觀察窗與、斷路器前柜門上電磁鎖被高溫熔化,后柜門下方被電弧燒個洞.10kVI、II段母線聯絡柜底部有只毛燒光的死老鼠，隔壁柜（備用柜)底部電纜孔洞未封堵(該開關柜原為運行間隔,配網調整間隔,該柜內電纜調到其它開關柜，電纜抽走后孔洞未封堵）,10kVI、II段母線聯絡柜與隔壁

12、柜間的接地銅排穿孔未封堵.故障原因分析：老鼠從隔壁柜電纜孔進入,再經10kVI、II段母線聯絡柜與隔壁柜間的接地銅排穿孔爬到10kVI、II段母線聯絡柜，老鼠活動時引起短路。（四）開關柜內組件絕緣爬距或絕緣距離不足引起開關柜故障早期投運的開關柜支持瓷瓶及電流互感器等的外絕緣爬距較小,當運行中絕緣表面出現凝露或有污穢時,系統中出現不高的過電壓或運行電壓下發(fā)生絕緣件沿面閃絡。還存在對地和相間距離不夠,在系統單相接地諧振或雷電等過電壓情況下,直接造成對地或相間擊穿。福建省電力有限公司戶內交流金屬封閉高壓開關柜訂貨技術規(guī)范（閩電生產2008480號)高壓開關柜中各組件及其支持絕緣件的外絕緣爬電比距（即

13、高壓電器組件外絕緣的爬電距離與額定電壓之比)相應值的應用范圍應不小于 18mm/kV。單純以空氣作為絕緣介質的開關柜，柜內各相導體的相間與對地距離、手車開關隔離觸頭與靜觸頭絕緣護罩的凈空氣距離、相間隔板與絕緣隔板的凈空氣距離:12kV為125mm,40。5kV為300mm。戶內交流高壓開關柜訂貨技術條件（DL 4041997）規(guī)定：在金屬封閉式高壓開關柜中,凡采用非金屬制成的隔板來加強相間或相對地間絕緣時，7.212kV高壓帶電裸導體與該絕緣板間還應保持不小于30mm的空氣間隙；40。5kV,保持不小于60mm的空氣間隙，且為阻燃材料制成。2008年9月6日,某變電站1主變差動速斷動作跳閘。從

14、現場檢查分析認為:1主變中壓側33A開關柜過壓保護器的A、B相跳線(從固定鋁排引至過壓保護器的連接銅線）過長，跳線彎曲弧度較大， A、B相跳線同時側向絕緣隔板，其跳線與絕緣隔板的電氣距離（最小處）僅5cm左右。A、B相跳線之間的絕緣僅通過絕緣隔板隔離,長時間運行中造成A、B相跳線對絕緣隔板放電,絕緣檔板被碳化后，絕緣破壞并擊穿，引起A、B相短路.A相 B相(五）開關柜組件質量（如過電壓保護器、傳感器等）劣引起開關柜故障1。9月30日8時31分，某變電站10kV中亭I線633開關因過流段保護動作跳閘.現場檢查10kV中亭I線633開關柜內過電壓保護器A、B相爆炸，該開關柜前柜門下柜門被沖開,前柜

15、門中柜門（斷路器前門)輕微變形,柜內其他設備未損傷。2。2004年11月10日，某110kV變電站因10kV開關短路引發(fā)10kV母線故障，造成該變電站全停及10kV部分設備嚴重損壞?，F場檢查情況:最嚴重的母聯刀閘柜的帶電顯示器傳感器（福州高新高壓電器有限公司產品）燒損情況:發(fā)現A、B相已燒成灰,C相略好；結合刀閘觸頭燒損情況:C相觸頭基本完好、A相略有燒損、B相最為嚴重.推測故障是從B相帶電顯示器引發(fā)，導致電弧相間短路.為了進一步驗證造成本次事故的原因，對開關柜內未損壞的帶電顯示器傳感器，抽兩只傳感器進行解剖，發(fā)現內部芯棒填充劑軟化，存在絕緣薄弱點。由于10kV系統出現失地引起過電壓，使傳感器

16、內部局部放電，逐步發(fā)展為貫穿性擊穿，造成相間短路.此外，開關柜故障的原因還有檢修預試時在開關柜遺留工具或短接線接地線、誤操作等。開關柜故障往往會出現“火燒連營”事故,多面開關柜被電弧燒毀, “慘”不忍睹。造成事故擴大的原因主要有三點：首先,由于開關柜母線室是連通的,當一個間隔故障時，電弧侵犯鄰柜造成“火燒連營”；其次，繼電保護整定配合不盡合理,保護動作時間過長或保護有缺陷不動作靠上一級保護動作隔離故障，故障時間長造成電弧損害加重；最后一個原因則是高壓電弧故障時引起保護損壞或直流電源故障，造成保護失靈,短路長時間不消失，整個高壓室?guī)缀跛械拈_關柜均燒毀，最后連主變lOkV低壓架空母線都被弧光燒斷

17、,直至越級跳閘,往往連主變也被長時間短路所損壞。二、防范措施:（一）加快老舊開關柜（如GG1A、GGX2、XGN型等)改造或完善化大修。各單位要按關于印發(fā)20082010年縣供電企業(yè)電氣設備技改、大修指導性意見的通知（生變2007145號）加大老舊開關柜技改力度，運行時間短、達不到技改的條件的開關柜要按省公司完善化方案開展完善化大修。開關柜內絕緣可靠性低的酚醛環(huán)氧類絕緣子和爬距不足的絕緣子安排更換為符合要求的瓷絕緣子。母線加阻燃熱縮絕緣套,絕緣套本身應耐受20 U，的交流耐壓，目的是防止小動物爬人柜內造成短路，也可防止因煙氣、游離氣體進人時空氣間隙絕緣降低造成的弧光短路。(二）做好開關柜訂貨、

18、出廠前驗收、安裝與驗收管理工作根據國際、電力行業(yè)標準和預防交流高壓開關事故措施（國家電網公司生2004641號）、預防12kV-40.5kV交流高壓開關柜事故補充措施(國家電網生2010811號)、福建省電力有限公司戶內交流金屬封閉高壓開關柜訂貨技術規(guī)范(閩電生產2008480號)等文件，做好開關柜招標文件、訂貨技術協議的審查工作,開關柜出廠前赴廠驗收，開關柜安裝調試過程安排專業(yè)人員開展技術監(jiān)督工作，組織做好開關柜投產前的驗收工作。把好10kV開關柜的選型及采購關。選型要注意開關設備有關參數是否滿足現場運行條件.對開關柜所配的元件應嚴格把關,盡量選用運行情況良好的產品；并要求驗收時，開關設備配

19、置要有各元件試驗報告,特別是帶電顯示器的傳感器的局放試驗報告，杜絕不良設備入網.（三）加強巡視運行管理1。 加強巡視中的安全管理，巡視或操作時應嚴格按照安規(guī)和標準作業(yè)文本(含標準巡視卡）或 PDA以及操作票的要求進行，巡視或操作時著裝應規(guī)范,并注意站位.2。 開關柜操作前應確認柜內斷路器和隔離開關的實際狀態(tài)，進行倒閘操作時,應嚴格監(jiān)視設備的動作情況,如發(fā)現機構卡澀、動觸頭不能插入靜觸頭、合閘不到位等，應停止操作，待缺陷按規(guī)定程序消除后再行操作。3。 對防誤、防爆等功能不符合規(guī)范要求的開關柜，應逐一列出清單，做好危險點分析和預控措施，納入紅線設備管理，并根據紅線設備要求在開關柜面板上張貼標識,有

20、計劃地安排改造.4。 巡視中應注意開關柜的門和面板是否鎖緊，對螺栓丟失、損壞的，應及時上報缺陷處理.5。 嚴格按照福建省電力有限公司高壓帶電顯示裝置管理規(guī)定的要求，做好開關柜帶電顯示裝置的巡視和維護工作，確保帶電顯示裝置工作正常。6。 對重負荷的開關柜，應重點巡查。無法開展柜內測溫的開關柜，可檢查柜體溫度是否異常.7. 加強保護定值及壓板投退管理，避免由于定值或壓板投退錯誤造成事故擴大。8。 在開關柜配電室配置通風、防潮設備和濕度計，并在梅雨、多雨季節(jié)或運行需要時啟動.（四）加強檢修維護管理1. 開關柜檢修重點對觸頭接觸情況（有無過熱變色的痕跡)、柜內電氣主回路連接螺栓緊固、傳動部件軸銷的固定情況、機構輔助開關接觸、操作機構手車軌道及閉鎖裝置部件是否有機械變形或損壞等情況等進行檢查.對于變電站電容器組等操作頻繁的高壓開關柜要適當縮短巡視檢查和維護周期。2。 已運行的開關柜結合停電檢查,開關柜底部以及