一起由雷击引起35kV开关柜内部放电引发的思考

刘广，赵良涛，范钧伟

(宁波电业局，浙江 宁波 315600)

1 前言

目前35kV高压开关柜广泛应用于变电站，其技术在近十年来有了较大进步。但在设计、安装和运行维护等方面仍存在着不同程度的问题。35kV开关绝缘损坏发生故障，开关爆炸等时有发生，对变电所的安全运行构成了明显的威胁，高压开关柜作为电力系统中一个非常重要的电气设备，其内部绝缘部分的缺陷或劣化、导电连接部分的接触不良都将威胁到电力系统的安全稳定运行。根据1989～1992年间全国电力系统6～10kV开关柜事故统计，绝缘盒载流引起的故障占总数的40.2%，其中由于绝缘部分的闪络造成的事故占绝缘事故总数的79.0%。我电力公司近几年也出现了多起高压开关柜内部短路事故，通过对这些事故的原因进行调查分析，并提出行之有效的解决方法，这对我们预防类似事故，提高电力系统安全稳定运行可靠性有着十分重要的意义。

2 事故全过程回放

2.1 事故概述

2007年9月1日11:57分，当时雷雨交加，220kV某变出现“黄坛3209线B相接地”信号(35kV线路)。当值人员汇报调度后，在调度要求下试拉黄坛3209开关，此时后台又相继出现“35kVⅡ母母差保护动作”、“纺织3204开关跳闸”、“岔路3208开关跳闸”、“跃电3210开关跳闸”、“2#主变35kV开关跳闸”、“电容3200开关跳闸”等一系列信号，至此35kVⅡ段母线上所有开关全部跳开。

2.2 事故检查情况

值班人员现场检查情况如下:黄坛3209线路避雷器动作一次;35kV母差保护(BP－2B)动作报告显示:“母差差流:26A，故障相:ABC”;35kV开关室内有一股极其微弱的烧焦气味。

为查找故障点，随后区调下令将35kVⅡ段母线上的各出线开关改为冷备用、35kVⅡ段母线改为检修。待上述操作完毕后，检修人员检查发现:跃电3210开关A相下触头支持瓷瓶有击穿痕迹，开关A、B、C三相触头的塑料外套及柜内绝缘挡板有放电痕迹，柜内保护CT在短路电动力作用下被拉裂损坏。为了检查设备损坏程度以及确定35kVⅡ段母线上其他间隔是否存在故障点，检修人员对相关设备进行了耐压试验;经过试验验证，除跃电3210开关柜内触头外套等放电套管以及保护CT拉裂需要更换外，其他设备均正常。

3 事故暴露出的一些问题

综上所述，此次设备故障引起事故的主要原因在于:恶劣天气情况下，雷击使黄坛3209线发生B相接地故障，A、C相电压升高且产生间歇性电弧接地过电压;跃电3210开关柜内尤其是手车下触头至后柜处出现绝缘薄弱的地方，导致承受不了雷击带来的间歇性电弧接地过电压，造成三相短路，并最终导致母差保护动作。

此次设备故障引发的事故至少暴露出以下几方面的问题:

(1)产品工艺质量不良。

此次发生绝缘击穿的设备是耐吉公司生产的KYN61B型金属铠装柜，配ZN85型真空断路器。从运行情况来看，该类型的开关柜在正常操作过程中经常会出现连锁件变形、柜内绝缘件放电、手车位置不到位等缺陷，总体上整个柜型问题偏多，而使用中的ABB开关却从未出现此类问题。这暴露出耐吉开关在设计、结构、绝缘材质选型等方面还存在诸多问题，如选用的导体材料电导率不满足要求、导体原材料纯度不够以及生产工艺不精等。

(2)柜体检查维护措施不力，柜内发热缺乏有效的监测手段。

目前，封闭式开关柜已在电网中大量使用，而开关柜的内部发热问题一直是电力安全生产中的一个难题。若线路负荷过重或者线路受到短路电流的冲击，设备的薄弱环节就会发热，如接头部位。接头发热后其材料的机械强度、物理性能、绝缘强度都将下降，从而导致接头弹性老化、接触不良。此种情况若得不到及时处理，发展下去则可能导致设备故障进而引发事故。由于平时开关柜处于封闭状态，因此我单位采用的红外测温仪无法透过柜门测量内部设备;封闭式柜门的大部分接头透过观察窗无法看到，若采用粘贴测温蜡片的方法测温，那也只能在开关停电检修时检查接头有无过热情况，对于事故预防作用不大。用手摸柜门感知柜内温度，通过异常气味、声响发现设备过热等方法具有很大的随意性和偶然性，不够科学、严谨。

(3)设备安装质量不高、工艺不严，检修维修质量有待提高。

施工安装时，高压开关柜内小车式开关动触头与固定的静触头位置如有偏差，开关推入后动静触头就可能接触不实，造成过热;部分安装或检修人员在工作时认为连接螺栓拧得愈紧愈好，其实不然。特别是铝质母线，弹性系数小，当螺母的压力达到某个临界压力值时，若材料的强度差，再继续增加不当的压力，将会造成接触面部分变形隆起，反而使接触面积减少，接触电阻增大，从而影响导体接触效果;另外在安装检修工艺过程中，如母线在加工、连接、安装过程中，对母线接触表面处理不到位、不平整、不光滑、没有涂专用电力脂等，导致有效接触面积减少接触电阻增大而发热。

(4)高压开关室的整体设计欠妥，除潮措施不力。

高压开关室内的窗口和换气口设置不够合理，平日阳光无法照射进来，室内空气流通不够，室内除潮除湿控制装置未按规定正确投入;同时柜体内未设置除潮装置，绝缘隔板产生缺陷后绝缘水平降低，从而易引起绝缘隔板与触头等其他部件之间的闪络放电。

4 解决方案和措施

针对以上暴露出的问题，笔者认为应该从以下几个方面进行加强和处理:

(1)对耐吉产KYN61B型金属铠装柜开展更换改造工作，对现有尚不能退役的进行更换绝缘件(触头盒、套管、绝缘子等)处理，更换为优质产品，提高绝缘强度和阻燃水平。设备故障作为突发性故障，令运行人员防不胜防。但是在条件允许的情况下采用质量更好的产品(如ABB开关)无疑将大大降低设备故障几率，同时也将释放运行人员身上的一部分压力。

(2)采取科学有效的方法对高压开关柜内部温度实行在线监测。GB/T11022－1999《高压开关设备和控制设备标准的共同技术要求》规定，在开关设备温升试验规定的条件下，当周围空气温度不超过40℃时，高压开关设备和控制设备部件的温升极限如表1所示［1］。

表1 最大允许温升(单位:K)

受手摸感知柜内温度方法的启示，可以考虑在开关柜内排气孔处安装温度传感器，设定传感器监测到柜内空气温度值或空气温度与环境温度差值达到规定值即发出报警信号。温度信号通过A/D转换后输入到计算机，然后计算机通过采集到的开关负荷数据与之进行对比分析，确定开关负荷和温度之间的曲线关系，最后通过负荷－温度曲线确定报警温度值。

对于有人值班变电所，值班人员可以直接通过后台监控计算机对开关柜温度进行在线监测;对于无人值班变电所，则可以将过热信号作为遥测量通过数据网发送到监控中心。这一测温方法温度传感器安装方便简单，投入较小，运行可靠，技术成熟后即可在变电站内大量应用［2］。

随着传感器、信号处理、计算机以及人工智能技术的发展，使得对开关柜温度状态进行在线监测，及时发现故障隐患并对累计性故障做出预测成为可能，从而实现远程预警功能。它对于保证开关柜的正常运行，减少维修次数，提高电力系统的运行可靠性和自动化程度具有重要意义。

(3)加强专业人员的技能培训，提高设备安装、检修、维护质量。任何事故的发生都不是偶然的，一个设备在生产、安装、检修、维护过程中任何一个环节出现疏忽都可能导致事故。因此从设备安装伊始，运行部门就要加强检查、巡视和验收力度，防患于未然;组织专业人员对新设备工艺质量进行技术检查验收，同时会同有关科研部门探索金属性探伤的有效方法;尽量调整系统运行方式，提高红外测温的有效性。

(4)做到四个加强:加强对国产开关柜的运行巡视、预试和检修工作，重视母线和开关耐压试验;加强对柜内设备的检查和清扫，及时消除缺陷和隐患;加强对柜体内高压设备的除潮除湿措施;加强专业化管理，提高设备的耐压水平。

5 结语

35kV高压开关柜作为电力系统的重要设备之一，35kV开关的安全运行与否，其运行状态的良好与否对电力系统的可靠性有着十分重大的影响。通过对该起开关柜内部放电事故原因进行分析，并针对暴露出的问题提出相关改进建议和防范措施，对预防类似事故起到了积极作用，同时也能够使高压开关柜运行更加安全和可靠，达到较好的经济效益，为系统稳定和安全供电提供保证。

［1］GB/T11022－1999，高压开关设备和控制设备标准的共同技术要求［S］.

［2］郑锡恩，崔庆宇.小车式开关柜内接头过热故障预防［J］.安全，2009，6.