10 kV开关柜故障成因分析及处理措施

潘志腾

泉州亿兴电力工程建设有限公司泉州经济技术开发区分公司（福建 泉州 362000）

0 引言

当前，我国电力系统对10 kV开关柜的使用十分普遍，其作为电力系统的重要装置之一，不仅能够根据电力系统的运行状态，实现电力系统故障情况的连接设备断开处理，而且对电力系统的安全与稳定供电运行有着充分的支持作用。因此，加强对电力系统的10 kV开关柜运行故障及其处理对策的研究，具有十分积极的作用。

1 10 kV开关柜在电力系统运行中的重要作用

（1）能够进行10 kV及以下正常线路与设备的断开、关合支持，在电力系统运行中实现电力负荷的倒换与传输。

（2）能够在电力系统运行故障状态下，通过退出故障设备与故障线路等方式，为整个电力系统的安全与稳定运行提供支持。

（3）能够实现两端电力线路和电力系统的有效分离与割开。

（4）能够测量电力系统中10 kV电力线路的电压以及电流参数，并根据电力系统运行状态进行故障保障支持等。

（5）能够通过进行系统线路或设备的可靠接地退出操作，为电力系统的整个线路与设备安全运行提供支持。

2 10 kV开关柜运行中的常见故障及成因分析

2.1 10 kV开关柜的常见故障

受10 kV开关柜在电力系统运行中应用的长期高压与大电流运行环境影响，其实际运行中不可避免地会发生一些故障。某电力系统10 kV开关柜在2018—2020年期间工作运行中所出现的故障情况统计结果如表1所示。由表1可以看出，10 kV开关柜在电力系统运行中应用的常见故障主要为发热故障以及绝缘故障，其在10 kV开关柜的各类故障中约占40.8%和36.8%。

2.2 10 kV开关柜的故障成因分析

（1）发热故障。10 kV开关柜运行中出现发热故障，主要与导电回路有关。常见的发热情况包含接头发热、导体发热、涡流发热等。在开关柜的发热量超出其排出标准时，就会发生开关柜温度异常升高情况，严重时甚至引发安全事故。10 kV高压开关柜的运行原理图如图1所示。由图1可知，在10 kV开关柜的各种发热情况中，导体发热受长期较高负荷电流通过等因素作用，在高负荷状态下的母排发热表现更加明显。现阶段，市场中存在的母排产品，其生产制造过程中如果含有一定杂质，也会导致母排的电阻率较高，进而导致在较高电流负荷经过时出现热量增加等情况[1]。与导体发热情况不同，接头发热主要发生在刀闸的接头以及引线、互感器接线板等连接部位。在上述连接部位出现接触不良或电化学腐蚀影响等情况时，就会导致接头发热故障发生。针对变电站高压开关柜发热故障设计的快速弧光保护装置所监测的开关柜弧光发热及损伤变化曲线图如图2所示。

表1 某电力系统10 kV开关柜2018—2020年期间运行故障统计

图1 10 kV高压开关柜的运行原理图

（2）绝缘故障。10 kV开关柜运行中的绝缘故障，是由于绝缘放电问题引起的。在导体相间或支柱瓷瓶闪络、对地闪络等情况下，均会发生绝缘放电。此外，10 kV开关柜绝缘故障的发生，与其运行环境较差也有一定的关系。尤其是一些工业较为发达的地区，其开关柜内部的绝缘子以及套管等在长时间运行下会存在较多污秽堆积，再加上空气湿度较高，就会引起一些绝缘子支柱的泄漏距离偏小，从而发生污闪等绝缘故障。

图2 燃弧对高压开关柜的损坏影响变化曲线图

（3）电气元件故障等。10 kV开关柜运行中的电气元件故障，主要表现为开关柜的避雷器以及带电显示器、电压互感器等在长期运行中发生故障，对其安全与可靠运行产生不利影响。开关柜运行中的机械传动操作机构故障，表现为操作机构存在弯曲变形以及传动销发生断裂、拐臂断裂、连杆拉断等[2]。上述故障不仅会导致开关柜的机械传动操作机构连杆出现脱落，严重情况下还会出现开关机构的操作失灵，从而引起开关拒分等。

3 10 kV开关柜运行故障的处理对策

（1）从开关柜的设计与制造阶段，加强对产品质量的严格控制。在开关柜设计中，有关生产与设计厂家需通过充分的调研分析，结合客户的意见和需求，对开关柜产品进行合理设计。同时，注意结合开关柜所在电网的运行条件及其实际情况，从具体需求出发，坚持因地制宜原则进行开关柜设计和制造。对开关柜设计与制造中使用的元器件，也应加强质量控制，以避免对开关柜的设计和制造质量产生影响[3]。比如，在金属封闭高压开关柜中，梅花触头广泛应用，但在高压开关柜运行过程中，也会出现梅花触头接触不良引起的发热情况。因此，在高压开关柜的梅花触头性能试验分析中，可根据其触头表面状况以及接触压力、触头电阻率等影响因素，通过公式（1）进行计算分析，从而有效避免其在高压开关柜运行中的接触不良问题。

式中：RK为接触电阻；KC为接触压力；FK为接触材料的系数。

（2）加强开关柜出厂安装过程中的调试与试验检测，以确保其各项性能与结构合理。对开关柜的安装调试与试验分析，主要是针对开关柜的绝缘和耐压性能进行试验验证。10 kV开关柜的导电回路电阻试验接线示意图如图3所示。

图3 10 kV开关柜的导电回路电阻试验接线示意图

开关柜的耐压试验分析主要是为了检验开关柜主回路的工频绝缘水平，具体试验操作如下：首先断开负荷开关，将开关一侧接地，然后利用试验变压器对另一侧以及地之间进行48 kV的高压施加，时间控制为60 s；控制负荷开关为闭合状态，在两相接地条件下，利用试验变压器在另一相与地之间进行42 kV的高压施加，时间控制为60 s。在开关柜回路直流电阻测试中，依照设备出厂的试验值进行判断，对所测量获取的电阻R，应符合公式（2）的条件要求。

式中：Ru为产品型式试验中的温升试验前主回路电阻值。

（3）加强对开关柜运行环境的改善和优化，并加大对开关柜运行的巡检维护，从而避免其运行故障。例如，对雨水分布较多的地区，需要加强排水设计和防护；对开关柜夏季运行的负荷高峰期，应加强其通风散热管理等。

4 结束语

就10 kV开关柜运行中的常见故障及成因、对策进行研究，有利于有效控制和避免10 kV开关柜运行中的各类故障问题，使其在电力系统运行中发挥重要作用，推动电力系统的安全、稳定与高效运行，不断满足人们的电力供应需求。