基于35 kV开关柜绝缘缺陷造成的停电事故分析

何 明，佘乐欣，严铿博，李思尧

(深圳供电局有限公司，广东 深圳 518000)

用电系统是发电厂的主要组成部分，如果用电系统发生故障，主机将停止运行，导致全厂处于停电状态，造成巨大的经济损失。我国发电厂用电系统适用的开关柜以35 kV为主，主要包括充气柜、VGN-40.5箱式固定柜及KYN-40.5金属铠装柜等。导致电厂发生开关柜事故的主要原因包括误操作、开断事故、绝缘缺陷及载流部分过热等。开关柜的绝缘主要以气体绝缘、空气绝缘、固体复合绝缘为主。近几年，我国发电厂35 kV开关柜绝缘技术水平显著提升，但在设备安装及运维过程中存在着开关柜绝缘缺陷问题，由此引发了诸多用电安全事故。

1 某发电厂用电事故分析

探究某发电厂的用电事故，分析了事故发生前用电系统运行环境、设备操作及故障处理，进行现场检验，寻找故障发生原因。

1.1 事故发生经过

发电厂的一期发电设备主要以110 kV变压器与35 kV母线共同配合运行，发电系统的第3组风机检修完成，快速投入运行中，但1 h以后风机出现单相接地情况，因变电站人员未及时发现，事故快速发展到三相短路状态，此时主变压器处于高压后备复压过流阶段并产生跳变，全厂发生停电事故。

发现事故后，检测人员对事故现场展开勘查，发现事故主要发生点在第三组风机的3505开关柜，经过现场测试发现，该开关柜可以正常操作，但断路器的表面处于微黑状态，且静触头盒也严重烧灼，断路器也有烧灼痕迹，断路器的上触头和下触头均有明显熏黑情况。

1.2 事故发生原因

根据事故检查结果，能够排除第三组风机保护误动情况，可以划定故障发生的具体范围。根据检测人员获取的故障录波图及现场勘查结果，对事故产生原因展开分析。

发电厂的用电系统中，第三组风机出现事故的3505开关柜负荷侧位置安装了电流互感器，但此次故障出现短路的位置在开关柜本体，故障电流并未从电流互感器中流出，因此3505开关柜并未出现保护动作。从故障发生范围来看，故障地点主要在1号主变压器附近，但也在变压器的保护范围之外。根据故障录波图显示，主变压器高压侧的A点三相二次短路电流为16.7 A，B点三相二次短路电流为17 A，C点三相二次电流为16.5 A，短路电流已经超过1号变压器高压后备复压过流保护定值的5.4 A，因此主变压器出现保护操作，并分别跳开主变压器高、低压侧开关，此时发电厂进入停电状态，用电系统整体停止运作。经判断分析，1号主变压器的保护操作属于正常行为。

事故检测时发现三相间短路问题，根据检测结果对三相间短路原因进行分析。在现场事故地点进行测试发现，断路器的机械动作特性符合设备运作要求，尤其是合闸和分闸速度都满足了参数设定标准，而设备机械动作的曲线及超程也都符合参数要求[1]。可以排除断路器机械动作出现失误而导致的短路问题。从故障录波图来看，开关柜微机保护动作比较明显，开关柜断路器周边多处存在烧灼情况，根据以往故障检测经验判断，断路器可能存在绝缘体受潮问题，因此在设备操作提升杆绝缘性降低以后，发生电压绝缘故障。发电厂地处沿海地区，当地气候变化比较明显，受海洋气候影响，潮湿空气对线路影响较大[2]，因为故障处于初期发展阶段，断路器在第一时间进行保护操作，虽然提升杆存在受潮问题而降低绝缘性质，但开关柜快速做出反应，避免用电系统出现更严重的故障问题。开关柜B相下静触头因提升杆绝缘问题而间歇性接地，开关柜的断路器形成三相短路是本次故障的主要原因。

本次事故基本可排除因断路器机械动作失误引起故障的因素。导致全厂断电故障的原因可从以下三个方面考虑：一是在事故发生之前，断路器并未被放置到开关柜里面，而是与开关柜一起处于潮湿环境中，作为备用设备，长期暴露在潮湿空气中，未经过干燥处理就投入运行，外接线路存在明显绝缘性较低问题，导致故障发生。二是断路器在开始送电之前，绝缘水平已无法满足设备运行需求，但变电站工作人员对第三组风机进行检修时并未发现该问题。三是故障发生点在35 kV开关柜系统中，该系统并不是接地系统，在设计时采用消弧消谐装置及经消弧线圈共同接地的方式来保证系统运行。经计算发现，35 kV开关柜系统中的电容电流为70 A，已经超过了规定的30 A，因此处于该种接线状态下的开关柜一旦发生单相接地故障，必然会导致电压过高而引起主变压器跳变问题。

该发电厂的意外停电造成了主机失灵，被迫停电带来了巨大的经济损失，对电力系统运行也造成了破坏，因此要防止因电力故障造成发电厂全场停电。应对发电厂的系统用电进行更改，对发电设备进行改进，有效应对全场停电问题。但是，由于发电厂的发电功率较大，经常会出现一些不可控制的突发事件。

因开关柜发电功率巨大而造成发电柜烧毁的主要原因包括发电柜绝缘缺陷、电柜电流载流高热、开关跳闸、电流短路等。我国发电站35 kV开关柜主要以电流绝缘方式进行规划，包括空气绝缘体、固体混合绝缘体、气体绝缘体等，虽然在电厂、变电站中广泛应用35 kV电开关柜极大地解决了发电厂停电问题，但35 kV高压电开关柜在制造、使用、修护方面存在着一些问题。为解决这些问题，保障发电运电系统的正常运行，要加强35 kV高压电开关柜的维护，减少35 kV高压电开关柜的绝缘事故。

2 35 kV开关柜运行中存在的问题

2.1 开关柜设备老化，缺少检修

人们日常用电需求在不断加大，导致发电厂发电率功率过高，设备超负荷的工作且逐渐老化，35 kV高压开关设备的运行存在着安全隐患。在开关柜设备检修过程中，一些企业为了节约成本，不重视检修工作，没有对老化的设备及时进行检修，导致发生电路绝缘事故。

2.2 开关柜质量差

开关柜的质量对于开关柜的整体功能有着重要影响。例如，开关柜的一些设备元件虽然经过了电流耐压检测，但在整体性上达不到35 kV高压开关柜的检测标准。在高压开关设备中，一些质量不达标，容易出现操作失误，导致安全事故进一步扩大。

2.3 检修不当

35 kV开关柜设备需要在平稳环境下运行，这是保证其安全、高效工作的重要条件。35 kV高压开关柜发生绝缘短路的原因主要是运行工作环境较差、维护措施不当。开关柜内部的绝缘体由环氧树脂互感器、绝缘套管、避雷装置等设备组成，这些装置很容易受到气候温度、大气水分、灰尘等自然因素的影响，导致发电设备出现老化问题，令高压开关柜电路出现绝缘现象。

2.4 工作人员操作失误

实际运行中需要进行多次操作，每项程序都较为烦琐，由于高压开关柜制作材料质量不同、工作运行环境不同，因此设备工作水平存在较大差距。为保障35 kV开关柜的稳定运行，工作人员应具备熟练的操作技能、较强的责任心，能够按照规范进行运行操作。如果工作人员没有严格遵守操作守则或不具备操作能力，容易出现操作失误，导致高压开关柜出现电路短路问题，发生绝缘现象。

2.5 自然灾害引发事故

自然灾害会引发电路绝缘或开关柜事故，如大风、雷电、地震等自然灾害，雷雨天气下，往往只需要短短的几分钟，强大的雷场便会破坏35 kV高压开关柜，影响工作效率。应及时对开关柜进行检修，发现问题第一时间进行修复，查看是否发生了开关柜绝缘现象，将发生绝缘事故的部分进行重新修复连接，使之恢复正常运行。图1为开关柜线路图，要对事故原因进行分析，避免开关柜在运行中出现绝缘现象，减少经济损失。

图1 35 kV开关柜绝缘隐患事故图Fig.1 35 kV switch cabinet insulation hidden danger accidents

3 改进建议

导致发电厂发生用电事故的主要原因包括变电站检测人员失职、断路器运行环境恶劣及开关柜运行方式存在安全隐患等。应针对事故原因重新调整应急预案，制定开关柜运维工作改进措施，采用定期轮换机制，强化运维管理，转变系统接地方式，避免发生停电事故，保障发电厂各类设备的运行安全，为发电厂员工提供安全的工作环境。

调整开关柜运行环境和柜内环境，在开关柜运行过程中配备大功率的除湿设备。因发电厂所处地理位置比较特殊，开关柜运行环境恶劣，受潮湿空气影响比较明显，可在开关柜周围安装空调，为开关柜进行通风和除湿。工作人员要定期做好开关柜检查，了解开关柜系统及相关设备是否存在受潮情况，判断开关柜接线的绝缘性。如处于雨季，要加大开关柜检查力度，对设备除湿效果进行检测，保障开关柜设备处于稳定运行状态。

制定设备运维管理轮换机制。根据发电厂电力系统设备运行需求，组建设备运维班组，严格遵从定期轮换制度要求，由各班组对设备进行管理，了解设备运维状态，按照管理规程对设备进行检查和维护，保证设备在要求标准下投入到运行中。规避本次事故中某项设备长期处于备用状态而出现受潮情况，未仔细检查而导致设备绝缘性降低等情况。

对发电厂现有的开关柜运行方式进行调整。考虑到发电厂的发电业务需求，根据发电系统中各项设备的运行状况，规避因电压过高而出现的主变压器跳变事故。建议发电厂对35 kV开关柜的接地方式进行调整，取消原本消弧消谐装置与经消弧线圈共同接地的运行方式，只保留经消弧线圈接地，保证电流检测结果满足参数设置要求。

为了顺利落实各项改进建议，做好用电事故预警，建议发电厂健全事故处理应急预案，降低用电事故造成的影响。通过优化应急预案，强化用电系统管理，保证各类供电设备的平稳运行。

发电厂制定了相关问题处理预案，强化了用电系统管理措施，使开关柜在工作中大大减少了绝缘问题的出现，为工作人员提供了工作便利。

4 结语

35 kV高压开关柜是发电系统中的重要设备，开关柜运行的稳定性直接关系着电厂的用电系统是否安全可靠。以某发电厂35 kV高压开关柜绝缘缺陷引发的用电事故为例，分析了事故发生原因，提出了维护建议。应制定轮换制度，加强开关柜运维管理，对发电厂用电事故进行分析，提前做好事故应急预案，为应对发电厂开关柜绝缘事故提供参考。