全绝缘充气环网柜电缆连接故障的分析和应用

2018-02-15吴华亮

建材与装饰 2018年29期

吴华亮

（广州霍斯通电气股份有限公司广东广州 510000）

引言

随着经济的发展和技术的进步，城网中采用电缆化供电已成为配电网发展的必然趋势，城市配网的发展使环网供电的形式在用户供电方案中占越来越大的比例，而作为环网供电的主设备—环网柜，则越来越受到供电部门和用户的重视。广州供电公司目前使用的SF6环网柜，以其性能优良、运行可靠、全封闭、免维护而受到供电部门和用户的普遍欢迎。广州供电公司配电网使用环网柜已有近20年历史，其间一些环网柜出现了故障，总结各种故障情况，有柜体漏气、气箱绝缘击穿、电缆室烧毁等等，其中柜体与电缆连接的连接处，是发生故障的最主要地方，占环网柜故障率的70%以上。因此，了解柜体与电缆连接故障的现象及原因，对以后减少环网柜故障，制定环网柜电缆头安装工艺规范，正确配置环网柜和电缆头连接选型，具有重要意义。

1 环网柜的定义

目前广州淘汰了很多老式的空气绝缘柜，普遍使用全绝缘全密封的SF6环网柜，全绝缘SF6环网柜是一种全绝缘全密封的，能够随意组合成多回路进出具有切换，联络，保护电力系统功能的以负荷开关作为核心部件的气体绝缘的中压电器组合设备。它的主回路核心部件是由SF6负荷开关或及附加的断路器及其他一次的辅助电器组成。电压等级一般为12kV或24kV，额定电流一般为630A，一次带电部分达到IP67的防护等级。

2 SF6环网柜的分类

从用途来分，SF6环网柜也分为负荷开关柜，组合电器柜，断路器柜。

SF6负荷开关柜能切断额定负荷电流和一定的过载电流，但不能切断短路电流。SF6组合电器柜是将负荷开关与高压熔断器串联形成负荷开关和熔断器的组合电器，用负荷开关切断负荷电流，用熔断器切断短路电流及过载电流，操作和维护也较简单。SF6断路器柜价格最贵，采用SF6绝缘，真空灭弧，能开断额定电流和短路电流，具有过流、速断、零序保护功能。

3 广州目前使用较多的环网柜厂家

广州对SF6环网柜使用要求较高，对厂家入围要求也相应较高，目前厂家主要有：西门子、施耐德、欧玛嘉宝、霍斯通电气、ABB、阿海珐等几家。

4 常见案例分析

下面通过对农行户外环网柜KKKK柜，及大德路通二街综合房KKF高压柜这两个典型案例事故原因分析，剖析环网柜电缆连接点的故障问题。

4.1 农行户外环网柜KKKK柜故障分析，K为SF6负荷开关柜

故障柜的状态：第二个K为故障单元，电缆室烧黑，A相DIN套管烧黑比较严重，外端上方气箱不锈钢板被烧出了一个孔，直径约为30mm。显然这里曾发生过明火事故，从四周布满黑灰（高温下烟熏形成的）来看，明火时间不会太短。气箱的防爆阀完好无损。

事故原因分析：位于柜后底部的防爆膜完好无损。防爆膜是保护操作人员人身安全的泄气通道，它的保护原理是当内部产生压力达到一定程度时，冲破此防爆膜，把内部累积的能量释放，防止气箱爆炸。但现在故障柜破的是强度比防爆膜高很多倍的不锈钢板，而不是防爆膜。从这点来看，意味着气箱内部没有产生过压力，即没有产生过大电流，故障的形成不是因为气箱内部压力造成。从解剖开的气箱里面来看，气箱内很干净，在烧穿孔附近，开关和整个气箱内部都看不到烧黑和烧坏的痕迹。气箱内烧穿孔附近找不到射电点的痕迹。上述有力证明了故障电流不是在气箱内发生的。

气箱外部故障，电缆室不锈钢板孔周围被严重烧熔，表明经受过了很高的温度。不锈钢板孔的反面，一圈圈熔斑说明所经受的温度显然没有外表面高。不难判断，此表面的熔斑是由外部传热，热传递受热形成。这里清晰地表明热源在气箱外部。我们得出初步结论，故障的起点在气箱外部。下面就电缆室发生的事故进行推测：A、B、C三相DIN套管铜环的表面光滑，没有受热氧化，说明线耳和铜环接触压接很好，电缆靴包裹DIN环氧件也很好，说明电缆靴内表面和DIN环氧件紧密接触，没有空气间隙。也说明了安装队的安装工艺非常良好。从A相DIN套管和不锈钢气箱板烧穿孔发现，烧穿孔正好位于DIN套管外端的正上方。可判断，射电线路就是从套管里的铜导体开始，击穿电缆靴，射到气箱的烧穿孔部位。而且，这一段正好是最短距离的直线，完全符合射电原理。套管铜环外径到上面气箱不锈钢板的最近距离约为72mm，装了线耳后，线耳顶端到上面气箱不锈钢板的最近距离约为65mm，很明显，线耳顶端就是最近射电点。射电击穿电缆靴绝缘，并击穿空气直到最近接地点，即正上方的气箱不锈钢板，形成单相接地故障电流。前面已经提到，三相的套管的铜环正面没有发生氧化现象，表明此处的接触是良好的，这样充分证明施工队的安装质量水平及素质是值得信赖的。原因只有一个，那就是电缆靴质量存在严重问题，我们的结论是：电缆靴的质量低劣导致了事故的发生。

4.2 大德路通二街综合房KKF高压柜故障分析，K为SF6负荷开关柜，F为SF6组合电器柜

故障柜为中间K单元，电缆室烧黑，最严重的B相DIN套管，套管周围不锈钢板烧黑明显，B相套管完全被烧毁，环氧件全部碳化，A、C相套管完好。防爆阀已被冲开。

故障单元电缆室B相电缆DIN套管被烧毁最严重。套管的另一头，即气箱内B相套管，虽然布上了一层烟灰，但里面的环氧件是没有受到多大烧坏的，和气箱外另一头被严重烧坏炭化缺失形成很大差别，说明故障部位在气箱外部分。那气箱外B相DIN套管是怎么引发故障的呢？故障相B相套管，接触线耳的铜垫片表面氧化严重，线耳与垫片接触面也同样氧化严重，这种情况是线耳和套管铜头的锣母没有上紧，有松动有间隙。当有电流流过时，产生电压降，会引起发热，长期持续发热会破坏绝缘层，当电缆靴硅橡胶和套管环氧件也跟着持续发热到一定程度，绝缘性能急剧降低，击穿绝缘形成相间短路或者相对地短路放电，使电缆头最近的不锈钢板接地击穿或放电弧，这种故障大电流会引起高温和燃烧，甚至爆炸。DIN套管被严重烧坏，会导致气箱漏气，漏气使气箱内绝缘进一步破坏。当气箱外电缆头短路大电流冲击向气箱内时，本来漏气绝缘性能破坏的气箱，经受到大故障电流，进一步改变气箱内的电压场。而且大电流使元器件超负荷产生高温，高温进一步使绝缘器件受到破坏，故而气箱内绝缘击穿。由于气箱内是个密闭体，受瞬间高温膨胀产生爆炸，气箱内剧烈燃烧，使气箱鼓起和防爆阀被冲开。

根据以上分析，我们得出环网柜故障是B相电缆头锣母安装问题引起的，也就是施工人员没有按照正确的安装工艺要求进行施工。