开关柜质量分析及全寿命质量管控措施

周明星，沈 琼

(1.国网湖北省电力公司，湖北 武汉 430077；2.国网湖北省电力公司襄阳供电公司，湖北 襄阳 441000)

0 引言

高压开关柜作为电力系统最重要的设备之一，具有数量庞大、品种繁多、安全风险系数大的特点。近年来，某公司开关柜数量增长迅猛，质量事件呈增长趋势。为此，通过对近年来该公司开关柜质量事件的统计分析，总结了开关柜全寿命质量管理提升措施，用以指导开关柜质量管控。

1 开关柜总体质量情况

通过对该公司所辖区域开关柜近5年来质量事件的分析，可知其呈现以下特点。

(1) 开关柜发生质量事件较多，在变电质量事件中占比较高，主要集中在物资质量和运维质量2个方面。

(2) 开关柜质量事件造成的损失及影响大，会导致开关柜柜体烧毁、爆炸，主变越级跳闸、低压母线失压，主变损坏。主变损坏、开关柜烧毁均会造成用户停电；而开关柜更换需母线停电，不仅直接经济损失大，也影响了供电公司服务质量。

(3) 开关柜安全质量隐患不容忽视。该公司所辖区域部分开关柜为早期型号产品，如GG系列、XGN系列。此类开关柜存量大，存在设计缺陷、机构卡涩、老化锈蚀等情况；部分设备不能满足新修编后的反措要求，接线方式、“五防”闭锁、泄压通道、散热通风、防爆措施等功能不能满足运行要求，存在安全风险。

2 开关柜物资质量分析

开关柜物资质量问题集中在设计结构问题和元器件及材质问题上。

2.1 设计结构问题

设计结构问题主要表现为“五防”问题、绝缘距离不够、小车动静触头接触不良等。

2.1.1 “五防”问题

“五防”问题主要是开关柜机械防误闭锁功能不完备，机械闭锁强度不够、设备老旧变形等导致闭锁功能失效，易引发误操作事故。

2.1.2 绝缘问题

(1) 绝缘净距不足。受开关柜室空间尺寸限制以及对开关柜小型化的追求，部分柜内电气安全距离偏小，安全余量不足，尤其是35 kV开关柜内部绝缘净距不足表现非常突出。

(2) 局部场强过高。穿墙套管、机械活门、母排拐弯处等部位场强高，若屏蔽措施不可靠，如电缆终端头屏蔽措施不完善，则在运行中电缆主绝缘层的绝缘就会劣化，被击穿。

(3) 绝缘老化。绝缘件老化导致绝缘失效，最终发展成绝缘事故。

2.1.3 小车动静触头接触不良

由于设计结构缺陷，动静触头间接触面较小，触头接触不良，或触指弹簧材质不良、受热变形，接触电阻增大，在大电流时发热严重。

2.2 元器件及材质问题

元器件及材质容易出问题的部位集中在刀闸、连杆等传动受力部件，如CT，PT、二次回路及其零部件、真空泡、分闸线圈、储能弹簧、辅助开关、阻尼器、熔断器、母排等。

2.2.1 刀闸、连杆等质量问题

如果刀闸、连杆等高频操作元器件选材质量标准不高，会导致开关柜操动机构及传动系统机械故障频发，具体表现为机构卡涩，分合闸铁芯松动、卡涩及轴销松断等。随着运行年限的增长，设备老化，开关柜内各金属部件氧化、锈蚀情况加剧，造成刀闸分合闸不到位或接触不良，极易导致设备发热烧毁事故。

2.2.2 CT，PT质量问题

CT，PT属于测量部件，发生异常时极易导致电压电流异常、系统谐振、设备烧毁等事故。在出厂试验中，如未按要求开展局部放电试验，运行时内部存在局部放电现象，在过电压等外部因素影响下，互感器的树脂绝缘性能降低造成绝缘击穿，极易发展成母线短路等事故。

2.2.3 二次回路及零部件问题

部分供应商选择的二次元件性能不良，或电路板、二次接线工艺等质量不良，导致接地、保护误动、拒动及通信中断等事件发生。常见的有主变测控装置死机、出口插件继电器卡涩粘连、主变保护装置数据采样算法缺陷等。

2.2.4 真空泡质量问题

真空泡出现真空度降低、开断容量不足、灭弧性能下降等问题，在事故时极易导致断路器爆炸、开关柜烧毁。

3 开关柜运维质量分析

开关柜主要存在通风、除尘、除潮不到位和孔洞、门窗封堵不到位等导致的环境问题以及隐患发现消除不及时等运维质量问题。

3.1 环境问题

环境问题对于电气设备的绝缘性能影响尤为重要，最大的影响因素就是湿度和温度。湿度过大时，高压开关柜内部极易出现凝露，将严重破坏开关柜的绝缘性能，并进而引发触电、电弧、设备起火甚至爆炸等严重事故。在运行中，常存在高压室通风除潮除尘设备配置不足或使用效果不佳，部分电缆孔洞门窗封堵不完善等问题，导致绝缘设备受潮、小动物进入等。

3.2 隐患发现消除不及时

由于前端物资、工程质量把控不严，运维阶段人员能力和责任心不足，或者检测手段或检测准确性不够，造成螺丝松动、断裂、设备放电和发热等隐患不能被及时发现，导致事故发生。如：开关柜触头长期发热烧毁，触指连接螺栓脆化、断裂，触指与动触头之间接触压力下降产生放电烧损等。

4 应对措施

国家电网公司高度重视开关柜质量问题，先后制定了《预防12 kV—40.5 kV交流高压开关柜事故补充措施》（国家电网生[2010]811号）、《预防交流高压开关柜人身伤害事故措施》（国家电网生[2010]1580）、《变电站通用设计开关柜选型技术原则》（国家电网基建技术[2014]48号）、《10 kV开关柜选型技术原则》(运检三[2014]9号)等规范要求，但在开关柜质量管控方面仍存在责任不落实、执行不到位的问题。为加强开关柜质量管控，提出

以下建议。

4.1 质量管控责任落实方面

(1) 组织制定《开关柜全过程质量管控工作规定》，明确设计、采购、建设、运维各环节的责任，建立科学有效的管控流程。

(2) 组织制定《开关柜全过程质量管控技术标准》。根据各项规定要求，结合公司开关柜质量存在的实际问题，制定设计、采购、建设、运维等各环节统一的技术标准，加强人员素质培养，确保技术标准落实。

4.2 设计选型及采购方面

(1) 优化设计选型。通过专题调研论证，确定后期基建技改开关柜选型时优选免维护、可靠性高的设备，解决追求开关柜小型化带来的安全距离偏小、受环境影响大，开关柜容易引发烧毁甚至“火烧连营”等问题。结合国内开关柜技术发展方向，重点开展KYN开关柜和充气柜或C-GIS设备的经济技术比较和论证。充气柜或C-GIS设备采用性能优异的压缩气体，可大大压缩尺寸，基本不受灰尘、潮湿等环境影响，且安装维护简便；同时可解决设计结构和运行环境及现有开关柜技术门槛低、制造质量参差不齐的问题，还可实现远方操作线路侧接地刀闸、在线路检修布置安全措施等功能，大大减轻了运维人员工作量。

(2) 完善开关柜采购技术条件，落实开关柜全过程质量管控技术标准。物资部门、运检部门要在统一的招标技术规范基础上，明确设计结构、“五防”闭锁、元器件选型、运行环境等差异性要求，制定统一的差异化条款，作为招标技术协议的补充条款。

4.3 入网检测及验收方面

(1) 加强抽检、监造、验收人员培训，确保开关柜源头质量管控责任落实到位。厂内抽检、监造时，应见证和核实产品结构、开关柜绝缘间距、“五防”功能、技术参数等关键元器件性能符合技术协议要求。出厂试验应该在高压开关柜生产厂家任一合适的场所对每台成品进行检验，以确保与己经通过型式试验的设备相一致。主要元器件(真空泡、断路器、 触头盒、支撑绝缘子、穿屏套管、电流互感器、电压互感器、避雷器、SF6气体等)应在高压开关柜生产厂家或元器件制造厂按标准进行试验，并出具试验报告。

(2) 现场到货验收时认真核对产品说明书、型式试验报告、出厂试验报告及产品图纸等资料与到货产品是否一致，柜内设备实际接线与订货要求是否一致。交接试验必须严格按照DL/T 404—2007《3.6 kV—40.5 kV交流金属封闭开关设备和控制设备》和GB 50150—2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》等标准进行，严禁缺漏项以及试验不合格的产品进入电网。高压开关柜在安装后，应对其一、二次电缆进线处采取有效封堵措施，电缆沟盖板及门窗空洞等要关闭严实。

4.4 运维检修及改造方面

(1) 严格执行运维检修相关工作规定，加强装备检测能力建设，提升人员技术素养和工作责任心，定期开展带电检测。充分利用红外测温、超声波、超高频、地电波测试等带电检测手段对开关柜进行检测，及早发现和消除开关柜内过热、局部放电等缺陷。全面排查一次接线、“五防”闭锁、绝缘距离、泄压通道、防潮除湿等典型隐患情况，并将排查出的隐患全部登记纳入隐患库，制定整改计划，逐一进行“销号”处理。

(2) 按照轻重缓急开展技术改造工作，对运行年限长、运行状况差且不具备改造价值的设备，应有计划地安排整体更换。对于避雷器直接接在母线上的情况应立即整改；难以立即改造的，应采取强制闭锁措施或设置明显警示警告标识。泄压通道不满足运行要求的应设置压力释放装置，不具备改造条件的应整体更换。高压开关柜穿墙套管、机械活门、母排拐弯处等部位空气绝缘净距离小于25 mm(12 kV)和300 mm(40.5 kV)的，应采取导体加装绝缘护套的包封措施。“五防”闭锁功能不完善或存在结构性缺陷，不能大修完善的，宜技改更换。对地处潮湿、污秽等级高、温差变化大等地区的变电站开关柜，应积极开展开关柜运行环境综合整治。未配置通风、除湿防潮设备的开关柜室，应配置空调、工业除湿机等通风、除湿防潮设备。

4.5 质量监督工作方面

(1) 强化开关柜质量事件调查处理。全面收集设计、采购、建设、运维各环节的开关柜质量事件，按照“一事一分析”原则，认真开展开关柜质量事件调查分析。将暴露出的问题及时反馈到前端各管控环节，督促供应商对不良行为进行处理并对质量管理策略进行优化，实现闭环管控。

(2) 强化开关柜质量监督过程管控的痕迹化管理。建立基于技术监督的入网资产质量管控系统，落实开关柜入网质量管控痕迹化管理要求。建立设计、采购、建设、运维各环节相应的痕迹档案，确保各环节质量管控责任落实，实现质量问题的责任环节、责任人员可追溯。

4.6 供应商管理方面

(1) 加大开关柜不良供应商处理力度。细化开关柜供应商评价条款，采取绩效评价扣分、暂停中标、列入黑名单等措施，做到发现一家处理一家，消除供应商侥幸心理。

(2) 加强物资质量问题的跟踪处理。按照该公司规定和合同约定，组织供应商约谈，要求供应商积极配合事件调查和原因分析，制定事故后整改措施。要求供应商免费处理并及时更换质量问题设备，配合治理或免费召回存在质量隐患及家族性缺陷的产品。运维部门、物资部门做好供应商质量问题整改后的验收工作，确保整改措施有效执行，落实到位，避免类似事件再次发生。

5 结束语

高压开关柜质量对人身、电网、设备的安全及可靠供电有着关键性作用。随着质量监督工作的深入，质量事件信息的分析运用，质量工作体系中监督部门和保证部门的有效融合，将有效推动质量监督和质量管控工作，提升高压开关柜质量管控水平，保障高压开关柜的安全可靠运行。