一起10kV环网柜故障分析

李锐腾 杜松怀 苏 娟 丁翠娥

（1.中国农业大学信息与电气工程学院，北京100083；2.北京电力科学研究院，北京100075）

1 事故概况

1.1 故障情况

某日17：38，某110kV站211某路接地。20min后发现该路1#开闭器计量柜烧毁，故障指示器灯亮，L2单相接地。18：20，拉开1# 开闭器201、211、212，合上201－7、211－7、212－7接地刀闸。

1.2 故障现场情况

气候阴冷潮湿，该路1#开闭器室内凝霜结露极为严重，金属底板锈蚀严重。

1.3 试验与检测

对同一分界小室内的3组开关柜分别进行了绝缘电阻遥测和交流耐压试验，并测量柜间母线插接部位直阻。非故障开关间隔绝缘电阻遥测和交流耐压试验结果如表1、2所示，柜间母线插接部位回路电阻如表3、4所示。

表1 绝缘电阻试验 单位：MΩ

表2 交流耐压试验

表3 215开关柜和计量柜之间电阻 单位：μΩ

表4 211开关柜和计量柜之间电阻 单位：μΩ

由试验结果可见：开关柜绝缘耐压性能合格，但柜间母线插接部位回路电阻偏高。特别是B相电阻，普遍比其他两相电阻值大。

1.4 故障原因分析

放电原因分析：根据故障部位状态及解体结果可知，箱内、柜体凝霜结露极为严重，露水顺柜壁流到柜间母线插头位置。

接头结构分析：两柜3个触头连接部分有一个凹面，是给硅橡胶套管密封圈留的。因为插头的连接只靠上下2个定位装置挤压，而插头定位装置只有上下两点有2个硬金属面，上下两点捏紧了，中间反而鼓肚。即使不鼓肚，中间B相插头没有定位销夹紧，密封圈和柜面之间只是平摆浮搁，没有任何密封胶，一旦有细小缝隙，潮气水珠就会浸入插头，并顺着硅橡胶套管的斜面直至插头断面。从插头结构图上看，插头断面处金属触头到硅橡胶套管壁的空气间隙只有10mm，从金属柜板到插头断面爬电距离约60mm，而套管触头到接地柜板整体面爬电距离约100mm。根据国标GB3906—1991规定，相间、相对地间加设绝缘板时，额定电压10kV时，空气净距离不小于60mm，若采用绝缘材料绝缘，除满足绝缘水平外，还应满足爬电距离，爬电比距不小于14mm／kV。

根据试验结果、柜间母线插接头结构及故障部位解体分析推测：柜体凝霜结露极为严重，露水顺柜壁流到柜间母线插头位置。B相插头硅橡胶绝缘套管密封不严，导致B相插头经过硅橡胶绝缘套管长时间对柜体放电，造成硅橡胶绝缘套管碳化烧毁，直至单相接地短路。

1.5 结论

开关柜运行条件恶劣，柜体凝霜结露极为严重是设备故障的诱因。柜间母线插头定位装置设计不合理，造成插头硅橡胶绝缘套管密封不严，爬电距离不够，造成B相对柜体放电，最终导致相对地短路故障。

其他原因还有设备维护不到位致使开关柜运行环境恶劣，开关柜设计不合理，去湿、干燥设施未能正常运行，施工过程中电缆进线口封堵不严，开关柜母线排安装端口与接地的金属柜板太近且母线端口尖利，虽然满足正常条件下室内安装的最小安全距离，但不满足GB3906—1991严酷气候条件下对金属封闭开关柜的附加要求或类似户外条件的最小安全距离。且母线端口尖利，在开关柜严重受潮、母线室凝霜结露极为严重的条件下，三相母线端口均对接地的金属柜板尖端放电。在上述几种因素的综合作用下，相间及相对地绝缘丧失，最终导致裸露的母线发生相间短路故障。

1.6 建议

（1）已投运设备，须对柜间母线插头的接触状态和绝缘护套密闭状态进行检查。加强现有运行设备的巡视，增加潮湿季节、恶劣天气的特巡工作，以便发现问题及时处理。（2）对于易凝露设备建议采取封堵及防潮、通风措施。（3）建议对同厂家同型号的产品柜间母线插头设计进行改造。

2 开关柜放电原因分析

2.1 绝缘因素

（1）电气设备的安全距离不够。对于开关柜绝缘的要求主要体现在3个方面：最大耐受电压、最小空气绝缘距离和爬电比距。在开关柜运行过程中，爬距及空气间隙不够是导致开关柜绝缘损坏事故发生的主要原因。工作人员需学习相应国家标准，并采取相应措施保证安全距离达标［1］。（2）加工质量差，做工粗糙。在电力设备生产中使用的低质量产品破坏了设备的绝缘性能。对于开关柜，加工质量水平及装配切合度在很大程度上决定了其整体耐压水平。比如说一般的10kV开关柜主回路或联络桥铜排规格不同，其可通过增加冷缩管、热缩管等绝缘层来提高安全性。当开关柜处在高压、高负荷环境中时，其铜排往往会受到一定程度的损坏，破坏绝缘层的性能，造成一次相间直接放电事故。

2.2 安装及检修因素

开关柜安装工艺不良，会给设备带来很大的安全隐患，比如在安装过程中出现电缆绝缘层损坏、未排尽电缆头内部气体、电缆屏蔽层接地不良从而形成环流等安全隐患。除了安装，在设备检修过程中也容易出现个别母排连接螺栓固定不牢固，运行后连接处发热，从而造成整段母线以及各出线强迫停电的情况。

2.3 环境因素

外在条件对于开关柜的长期运行具有很大影响，环境因素往往会限制开关柜的稳定安全运行。比如当开关柜内外温差过大或空气湿度超过允许范围时，开关柜内部会出现凝露。在凝露的情况下，电气设备的击穿电压会降低，绝缘材料性能也会下降，从而导致开关柜放电事故更易发生。此外，运行环境中的污秽也会导致开关柜绝缘体表面发生闪络放电。

2.4 操作因素

断路器是10kV开关柜中的一次主体设备，其在运行过程中要面临大电流、高电压等，而这些会影响到开关设备的工作状态：（1）当开关柜体部分机械强度不够时，如有短路电流经过开关，其在电动力的作用下会导致开关柜柜体与开关之间发生一定程度的位移，并导致触头间的接触电阻快速升高，从而产生电弧，甚至发生爆炸。（2）静触头或动触头在长时间的使用过程中会由于机械磨损而导致接触点或接触面减小，导致触头间接触不良。（3）设备安装时操作不当会破坏整体结构的完整性，比如动触头插入不标准、接触电阻过大，会引起不同的故障问题。（4）操作过程中的拒动和误动等均会导致开关柜故障的发生，如操动机构和传动系统机械故障导致卡涩、部件变形或脱扣失灵等，以及电气控制和辅助回路故障导致保护装置难以正常运行等。

3 改进措施

为保证开关柜安全稳定运行，需多方采取安全有效的技术措施，通过提高开关柜绝缘安全裕度，确保其安全稳定、节能经济高效运行。

（1）提高绝缘性能。要定期检查开关柜的绝缘性能。对于最易出现绝缘问题的部位应及时进行处理。特别是对于穿柜套管，必须采用具有优良的阻燃性和憎水性的环氧树脂材料，同时还应加设具有屏蔽均压设计的绝缘件；对于柜间母线插头的接触状态及绝缘护套的密闭状态也应定期进行检查；必要时可通过加装绝缘套管或绝缘胶带来提升接口处的绝缘性能。应在开关柜投入运行前测量和验证其电气安全距离，如开关柜内部导体相间及相对地空气绝缘净距等，以防厂家设计的开关柜绝缘安全距离不达标引发相间短路。

（2）改善开关柜的驱潮能力。改善开关柜内部的潮湿状况，可以在满足最小电气空气间隙的位置加装加热器，并在开关柜底部与顶部设置进风口和排风口，使得柜外的空气在进入开关柜进行加热后，通过设置在开关柜顶部的排风口排出柜外，从而有效消除柜内凝露，也有利于柜内散热。运营单位还需定期对开关柜内部的潮湿情况进行检测，凝露严重时及时开展加热除湿工作。对于排查困难的开关柜设备可以在内部安装智能测温除湿模块，以有效提高监测效率，预防事故发生。

（3）提高安装调试水平。开关柜的安装调试在很大程度上决定了其是否能够正常工作。为此，需加强对相关工作人员的培训和考察，确保安装调试人员技术过关。

（4）保证良好的运行环境。及时检查开关柜内加热除湿装置，保证其处于正常工作状态；对孔洞进行封堵，防止潮气进入柜内；高压室里的通风窗及抽风装置应加装网栅或滤网，达到减少进入室内的尘埃、净化通风的目的；加强设备的运行维护，要做到逢停必扫，保证绝缘状态良好。

（5）重视开关柜的预防性试验。要重视开关柜及内部设备的预防性试验，通过预防性试验可以有效判断开关柜的运行情况。同时要注意，在预防性试验过程中要遵循相应的规程规范，假如试验得到的数据存在异常，需对其进行详细分析并结合以往的数据进行对比论证，以得出可靠的结论。此外，结论的得出也不能只依靠一组数据，必须综合分析多组数据来判断和确定开关柜存在的安全隐患。在进行预防性试验后，需按时完成开关柜的复原工作，在复原过程中要注意柜内接触点和接触面的良好，避免出现一些接触不良引起的异常发热问题［2］。

（6）加强开关柜的巡视维护。10kV开关柜运行效率的提高及故障率的降低离不开日常维护和检修巩固。在进行日常巡视时，要特别注意开关柜的门和面板是否锁紧，注意开关柜内部的前上柜、前下柜、后柜的脏污情况和是否有异物存在。在进行检修时，要认真做好隔室的清扫任务，确保无异物、无脏尘。在实际的检修和维护中，应特别关注开关柜内部设备触头的检查维护，要做到定期查看，保证触头部分结构稳定，没有松动及脱落。同时检查触头外观，观察是否发生氧化变色，检查触头和触头片表面的光滑程度。在验收和维护的工作完成后，应对开关柜一、二次电缆的进线处（特别是二次电缆进线间的缝隙）和其他多余的孔洞的封堵情况进行检查，确保封堵完整有效。

4 结语

10kV开关柜具有体积小、结构紧凑、操作可靠等优点，其在电力系统中的广泛应用给生产、运行、检修和维护带来了极大的便利及稳定安全的保障。但我们也应该看到，对于开关柜的防凝露、防异物等虽然已强调多年，但在实际运行中仍然存在许多不足。我们必须重视这些问题，并结合配网自动化及最新的开关柜智能化技术，分析思考并找到相应的改进措施，才能更好地保障电网的安全生产。

［1］褚建平.浅析10kV高压开关柜故障原因及防范措施［J］.民营科技，2012（12）

［2］吴凌鹂.10kV开关柜常见故障综述［J］.农村电气化，2014（11）