10kv高压柜的故障分析及防范措施

2020-11-26李东全

中国管理信息化 2020年9期

韩鹏，王锐，李东全

（1.中石油吉林天然气管道有限责任公司，长春 130000；2.中国石油天然气股份有限公司管道长春输油气分公司，长春 130000）

0 前言

在社会经济高速发展的环境下，人们越来越重视高压设备的运行安全。由于高压开关柜的设计结构比较复杂，容易因设计方案不合理、绝缘材料质量差而出现问题，降低了高压电网运行的稳定性。因此，电力企业必须要加强高压开关柜的故障判断能力，使高压开关柜处于最佳的运行状态。

1 10kV高压设备的种类及特征

现阶段，电力行业应用的10kV高压设备主要以开关柜为主，其使用起来不仅可选择性较好，并且每种高压开关柜都有其擅长的应用范围。固定式、箱体式、负荷式、手车落地式等是高压开关柜的常见类型。固定式高压开关柜是小型变电站和厂区企业常用的高压设备，这种高压开关柜内部的体积较大，可利用空间较多，能够容纳各种各样的电元件，但其防护性及封闭性较差，无法控制事故发生的概率，因此已经被日新月异的电力行业淘汰。箱体式高压开关柜主要应用于负荷较小的用电场所，由于其体积较小且散热能力较差，因此无法应用于电荷较大的用电系统中。负荷式高压开关柜主要应用于新用户，这种高压设备不仅有许多的选择类型，并且防护能力也非常强，为维修提供了较大的便利性。手车落地式高压开关柜是当下电力市场中的新式产品，采用进口技术，但对于箱底硬度有较高的技术要求。而手车中置式高压开关柜在市场中的使用范围较大，其使用优势较上述其他种类开关柜有明显的优势，具有良好的市场发展趋势［1］。

2 10kV高压设备形成短路故障的原因

据了解，10kV高压开关柜的类型较多，同时各个类型应用的环境也各不相同。固定式高压开关柜、箱体式高压开关柜、HXGN负荷高压开关柜、中置式手车高压开关柜和落地式手车高压开关柜等等都是常见的高压开关柜。例如固定式高压开关柜广泛应用于大型煤矿企业或变电站中，由于体积比较大，空间比较充裕，虽然可以装载大量的电器设备，但由于封闭性较差、容易被破坏或腐蚀，因此已经在高压设备的应用中淘汰。箱体式高压开关柜常用于一些散户的用电场景中，其原因在于设备负荷的电流较小，且散热能力较差等，应用范围较小。下面我们将对10kV高压设备故障的形成原因进行具体的分析。

2.1 绝缘引起的故障

在评定高压开关柜的运行状态好坏时，第一个可以参照的标准就是绝缘性，这也是高压开关柜运行的重要基础。由于高压开关柜的生产厂家较多，质量和性能参差不齐，因此电力设备在维修的过程中容易形成不同程度的损坏，容易降低电力设备的绝缘性。同时，电力设备的绝缘性被弱化也有可能是维修人员的专业性较差，在维修时增加了电力设备产生的热量，长此以往，大大降低了高压开关柜的绝缘性［2］。

2.2 质量引起的故障

一方面，若高压开关柜中安装质量不过关的电器零件，就会降低高压电网的发电能力，增加事故发生的概率。例如隔离接头的生产质量较差，在使用时容易发生接触不良的情况。另一方面，由于高压开关柜运行的外部环境湿度较高、沙石较多，加剧了绝缘设备老化的速度，尤其是绝缘能力本身较弱的设备，长期在这种环境下运行会出现爬电情况，对高压设备的运行安全造成威胁。

2.3 操作引起的故障

一是柜体的强度较差，当高压开关柜中通过短路电流时，电动力产生的作用足够使开关和柜体本身出现位移现象，继而短时间内增加了接头的电阻值，出现电弧现象，有可能会发生爆炸。二是静接头和动接头经过长时间的使用后，容易形成不同程度的磨损，减少彼此的接触面积，继而出现接触不良的情况，引起相应的故障。三是在安装设备的过程中，由于施工人员的疏忽破坏了原本的结构，降低了设备的稳定性，致使高压开关柜在运行时发生故障。例如由于传感设备或操作设备引起的开关机故障，导致出现卡顿、零件形变或脱扣等等；再如电气控制设备形成回路形成的故障，使系统保护装置无法执行系统命令。

2.4 线路老化引起的故障

人们的生活质量随社会的进步不断优化，每家每户的用电设备数量越来越多，原有的电力开关由于使用次数的增加逐渐产生了一定程度的老化，这也降低了开关装置的性能。以真空断路器的使用故障为例，当真空断路器的电流值变化异常时，故障发生的概率大大增加。其中的原因在于真空断路器内部的泡状物体真空性降低或在工作时遭受了损伤，继而弱化了该设备的整体性能，一旦产生故障极其容易发生爆炸。另外，变电所中的高压开关柜在增加负荷后，短路电流和短路电容也增加了相应数值。一旦真空断路器的电流值与系统标准运行电流的值相差较大，将会降低整体电压设备的性能，继而破坏高压系统的稳定性。

2.5 安装、修护引起的故障

在安装的过程中，由于施工人员的专业性和责任感较差，没有按照安装的标准执行相关操作，致使高压电网内部出现了各种形式的损伤，如电缆的绝缘外层被划伤、没有将电缆连接处的空气排净、电缆与地面接触不良容易导电等等。因此，电力单位必须要从源头开始，对施工人员的安装技术进行针对性培训，避免安装时出现低级的故障问题，同时在安装后相关人员需要对安装情况进行多次检查，防止出现螺丝稳定性较差，降低恶性停电事故发生的概率，弱化了电力企业在社会大众心中的形象［3］。

3 防范10kV高压设备发生短路的具体措施

3.1 选择材料方面防范措施

由于高压开关柜由众多的电器配件组成，其配件材料决定了开关柜是否耐用。基于此，电力企业必须要对高压开关柜内的配件材料和柜体材料的选择进行关注，以稳定性、安全性、可靠性为基准对相关材料进行选择，同时根据高压开关柜实际的应用环境，设计科学、合理的开关柜配置方案，达到理想化的设计状态，使高压开关柜发挥出自身的作用。例如变电站要选择性能较好且稳定性较高的进口材料，为高压电网的良好运行奠定良好的基础。

3.2 外部环境方面的防范措施

上文已经对外部环境引起高压线路故障的原因进行简要分析，实质上，外部环境对高压开关柜发生安全事故形成了较大的催化作用，因此相关人员必须要根据外部环境的实际情况，尽可能降低其影响。如相关人员可以在通风窗口上加装空气过滤网和铁栅栏，这样不仅可以防止外部空气中的灰尘进入到开关柜中，破坏高压开关柜的稳定性，也可以防止不法分子的人为损坏；在外部环境相对潮湿的环境下放置高压开关柜时，需要加装除湿设备或加热设备对其进行保护，使高压开关柜内部的湿度和温度满足运行时的要求，从根本上提升设备的使用寿命；在雷电较多的外部环境下安装高压开关柜，需要加设防雷击设备保护柜体，降低高压开关柜遭受雷击的概率。此外，工作人员还需要应用专业监测设备随时随地对高压开关柜内部的绝缘性、温度、湿度等参数进行观察和记录，使高压开关柜可以保持良好的工作状态完成日常工作。

3.3 按照相关标准选择爬电比距

众所周知，高压开关柜中最重要的参数就是爬电比距，这个参数与系统运行的效果息息相关。因此，电力企业相关人员需要根据我国现有的爬电比距设计标准对高压开关柜中各个零件的外绝缘爬电比距进行设定，一般情况下绝缘值的范围在18mm／kV～20mm／kV之间。通常情况下，符合此参数的配件规格选择性较少，因此，电力企业通常采用专业定做的方式对这些配件进行批量生产，从根本上保障高压电网整体的性能［4］。

3.4 继电保护装置性能方面的防范措施

在高压开关柜中，继电保护装置是保护系统的主要结构，因此必须要按照相关标准对其进行准确的安装操作，一般情况下，电力企业安装人员需要根据不同的运行方式对继电保护装置的性能进行优化，增加其与高压电网运行的贴合性。此外，当断路设备没有足够的容量时，相关人员需要及时更换继电保护装置，并根据运行环境对新继电保护装置的相关参数进行合理设定。

3.5 安全用电方面的防范措施

在电力行业中安全问题是经久不衰的研究话题，高压开关柜亦是如此。因此，在设定和检查时需要确定开关柜内导体是否全部与地相连接，是否符合电力行业的相关标准，即相间空气间隙和对地空气间隙的值都要超过125mm。如果使用了较为复杂的复合型绝缘结构，就需要强化绝缘材料与介电设备间的有效配合，这样做既可以降低相关人员接触高压开关柜发生触电伤亡的安全事故，也可以防止有害的腐蚀性气体对电线造成伤害，如酸、盐、雾等等［5］。