10kV开关柜隐患综合治理

黄芳明

（国网湖南省电力有限公司涟源市供电分公司）

0 引言

随着近年来10kV开关柜应用越来越广泛，开关柜的故障也呈现频发态势。据统计和分析发现，主要有以下几方面的问题：一是开关柜本体方面，主要有金属部件、绝缘件材质不合格，互感器励磁特性或伏安特性不合格；二是运行环境方面，主要有防小动物措施不到位，除湿设备配置不足，安装位置不佳或运行设置不佳产生的凝露、积灰引起设备绝缘能力降低；三是安装、检修质量方面，主要有工艺不良，如螺栓紧固未到位，接触面检查、打磨不到位，绝缘件在运输或安装过程中损坏等。因此，需要针对性地开展开关柜隐患排查，及时发现存在的缺陷和隐患，并整改消缺，保障电网安全稳定运行。

1 10kV开关柜常见问题隐患

1.1 开关柜运行环境方面

1）开关柜电力孔洞封堵、防小动物挡板、高压室门窗、通风窗封堵等防小动物措施不到位，易引发小动物短路。

2）柜内绝缘子、母线、穿屏套管和触头盒表面运行积灰，易产生沿面放电。

3）空调、除湿机、加热驱潮装置等防潮防凝露措施不到位，易发生设备凝露闪络事故［3］。

1.2 开关柜本体方面

1.2.1 开关柜发热

断路器触头的镀银层不合格、断路器触头的弹簧不合格、插入深度不够等易导致断路器发热；大型电流互感器未采用穿芯式互感器增加发热接触面；铝母排与静触头、电流互感器铜铝直接接触等易导致接触面发热；母线室、断路器室无散热风扇和散热通道不利于发热量散发［5］。

1.2.2 开关柜振动

主母线无支柱绝缘子或支柱绝缘子的间距不符合要求、封闭母线桥无伸缩节、柜体无减振密封条等易导致振动。

1.2.3 开关柜放电

柜内绝缘件爬电距离、伞裙数不满足要求，潮湿天气易导致放电；出线电缆头制作时未按工艺要求制作，半导体层与绝缘层之间产生气隙，导体表面不光滑，安装时三角叉安装位置过低，相间交叉且绝缘距离不够等导致放电；柜内避雷器引线交叉易导致相间放电；柜内避雷器、套管绝缘距离不满足要求，母线未倒角、螺栓端部过长易导致尖端放电［4］。

1.2.4 互感器励磁特性或伏安特性不合格

10kV开关柜内的电压互感器空载励磁特性曲线的拐点电压不满足要求，容易烧毁互感器；电流互感器伏安特性不合格，故障情况下电流互感器饱和易造成保护拒动。

1.2.5 开关柜材质不符合要求

穿屏套管、触头盒等绝缘材料为非环氧树脂材料，易起火造成火烧连营。

2 10k V开关柜隐患排查要点

2.1 开关柜运行环境隐患排查

利用日常巡检和季节性大检查的机会，对开关柜防潮凝露、防小动物隐患进行排查：

1）防小动物措施排查。检查高压室是否配置防小动物挡板，高度是否满足要求，高压室门窗和通风窗是否破损。

2）防潮防凝露措施排查。检查高压室内空调、除湿机配置是否齐全，功率是否满足高压室面积要求，安装位置是否正确，温湿度控制设置是否正确，排水管是否引至室外；开关柜内有无加热驱潮装置，温湿度控制设置是否正确。

3）封堵及通风排查。检查电缆沟进入高压室、电缆沟进入开关柜孔洞是否封堵严；高压室大门、窗户是否密封，通风窗的排风口是否通畅，排风口是否有防动物格栅。

2.2 开关柜本体隐患排查

（1）开关柜发热隐患排查

1）触摸柜体表面是否发热，用红外测温仪测量柜体温度，并对数据进行纵向和横向对比。

2）结合停电机会检查断路器隔离触头表面是否有氧化、发热和烧伤痕迹，测量插入深度是否满足10～20mm的要求，用镀银层测试仪测量触头表面的镀银层厚度是否大于0.6μm，用弹簧压力测试仪器测试触头弹簧压力是否合格。

4）结合停电机会开展全导电回路电阻测试。

5）结合停电机会检查穿屏套管开槽情况及其安装板材的材质性质。

6）结合停电机会检查主变进线、母线分段等大电流开关柜的电流互感器是否采用穿心式互感器，其母线室、断路器室是否安装有散热风扇和散热通道。

8）结合停电机会检查柜内母排的制作工艺是否合格。

（2）开关柜振动隐患排查

1）触摸柜体表面是否有振动感，是否有振动声异响。

2）开展震动噪声测试，检查测试结果是否超标。

3）结合停电机会检查封闭母线桥与主变进线开关柜之间有无伸缩节。

4）结合停电机会检测开关柜有无减振密封条。

（3）开关柜放电隐患排查

除了“U”字形的城市外围的绿化带外，城市内部开放空间主要包含公园、广场、路边休憩等类型，其中大大小小公园共有十余处。但是城区现状功能分区散乱，各类用地布局混杂，缺乏系统安排；空间效率较低；老城区空间布局零碎，城中村问题普遍，平房多，土地利用效率较低。

1）结合停电机会测量柜内支柱绝缘子、穿屏套管、触头盒等绝缘件的材质表面是否有放电痕迹，材质是否为环氧树脂，其爬电距离、伞裙数是否满足要求（瓷质绝缘应≥18mm／kV，有机绝缘应≥20mm／kV）［1］。

2）结合停电机会检查电缆头的制作、安装工艺，表面有无放电痕迹和异响，三角叉安装位置是否在开关柜底板之上，相间是否存在交叉，相间绝缘距离是否符合要求。

3）检查避雷器安装位置是否合适，其引线本身或与电缆是否存在交叉；避雷器、套管相间及对地绝缘距离是否满足要求［1］。

4）结合季节性大检查对开关柜开展暂态地电压局部放电检测，检测开关柜内是否存在放电现象，发现有放电缺陷的，重点分析放电原因，并对同站设备举一反三进行排查，全面治理到位［2］。

5）检查柜内母排边角及母线、绝缘子表面积灰情况。

（4）开关柜内互感器励磁特性或伏安特性检查

1）通过查看历史试验报告或停电试验手段检查10kV开关柜内电压互感器的空载励磁特性曲线拐点电压是否满足的要求［1］。

2）通过查看历史试验报告或停电试验手段检查10kV开关柜内电流互感器伏安特性是否满足要求。

3 开关柜隐患治理

3.1 开关柜运行环境隐患治理主要措施

3.1.1 建立防小动物四道防线，强化防小动物治理

1）入沟防线。通过变电站设备日常巡视检查，及时发现电缆沟及电缆沟盖板的破损情况，限期整改修复，在修复前采取临时封堵措施，防止小动物进入电缆沟内，构筑防小动物第一道入沟基础防线。

2）入室防线。首先将电缆沟进入高压室的防火隔墙用防火砖加防火隔板的方式进行全密封改造，有效避免以前防火泥因时间长引起的沉降，其次每年通过季节性大检查认真检查该处防火墙的封闭情况，并将检查情况拍照存档，发现问题在现场采用临时封堵措施后，限期整改，构筑防小动物第二道入室关键防线。

3）入屏防线。将一二次电缆进出开关柜的孔洞采用两层均封堵的方法，构筑防小动物第三道入屏坚固防线。

4）管理防线。除完成例行的日常维护工作外，管理工作着重强化施工过程管控与验收把关。通过现场巡视检查以及与值守人员联动的方式，对现场施工过程进行跟踪，了解实时工程进度，对防小动物措施的破坏情况，适时发现问题并提出整改要求，验收时安排专人对防火堵洞进行仔细验、重点验。

3.1.2 开展设备防凝露治理

1）设置防潮屏障，阻断潮气来源。一是全面清理整改该站高压室的防火堵洞，防止潮气从室外进入电缆沟再进入开关柜内部。二是在进风口内侧安装可开、关的玻璃推窗；在排风扇外侧安装活页，在不开启风扇时，活页呈关闭状态。通过以上两点降低室内外空气流通交换速度，阻断潮气来源［3］。

2）科学配置和安装除湿设备。一是根据高压室的大小、室内设备的类型，选择安装不同容量的除湿机、空调；二是根据高压室内部构造及设备布局，确定除湿设备的安装位置，一般除湿机安装在开关柜位置的中段，空调安装在开关柜的两端或间隙位置；三是开关柜内驱潮装置改为50W 加热器或冷凝除湿器，电源回路与照明单独装设快分开关，提高开关柜内温度或降低开关柜内湿度，消除凝露产生条件。

3）制订运维工作要求，落实防凝露具体措施。一是固化设置。除湿机停止值设为50%，提升除湿效率；空调工作模式为自动，温度固化（夏天为25～28℃，冬天为19～22℃），左右扫风、上下扫风，取消面板按键功能。通过以上两点设置改变空气流通布局，加快室内空气循环流动速度，避免室内温度变化过快、过多。二是建立巡查机制。日常巡视要求检查并记录变电站环境温湿度及室、柜内温湿度情况，当环境湿度超过90%，室内湿度超过70%，室外柜内湿度超过70%，应重点检查设备凝露及驱潮装置、空调、除湿机和排风扇的运行情况。三是按照季节性特点，对除湿设备开展全面维护。如每年夏冬季来临前对空调进行全面维护一次，每年10月对驱潮装置全面开启检查等。

3.2 开关柜本体隐患治理措施

3.2.1 开关柜发热隐患治理措施

1）对接触面不平整及不光滑的进行打磨；对母线室、电缆室以及各部件的螺栓进行全面紧固，防止接触面接触不良发热。

2）对开关柜内的穿屏套管的安装板材开封槽并加装铝板，防止涡流发热。

3）更换镀银层不合格、搭接面只有一个螺栓紧固且插入深度不合格的断路器静触头，更换为多孔的静触头和触头盒，增加静触头与汇流排的有效接触面积，防止接触面积不足发热。

4）将开关柜内分支铝排更换为铜排，搭接面镀银，防止铜铝接触面电腐蚀产生氧化层导致发热。

5）将大电流开关柜（母线分段柜、主变进线柜）的电流互感器更换为穿心式互感器，减少接触面。

6）采取对所有开关柜顶板开散热孔，大电流开关柜的母线室、断路器室安装散热风扇，后屏柜及封闭母线桥加装散热板，双母排之间留散热间距等措施，确保散热通道通畅。

3.2.2 开关柜振动隐患治理措施

1）根据10kV母线室内安装标准，在主母线上加装绝缘子和母线线夹，且母线绝缘子固定点的距离≤1000mm。

2）在高压室内主变进线母线上加装伸缩节，防止主变压器的震动传至开关柜主母线。

3）在开关柜顶部盖板加装减振密封条，防止共振。

4）对开关柜内所有螺栓进行紧固，防止螺丝松动产生振动。

3.3.3 开关柜放电隐患治理措施

1）防止尖端放电。改善开关柜内母排的制作工艺，如减少母排与母排搭接处母排伸出搭接面的长度，对未倒角的连接排进行圆角工艺处理；缩短连接螺栓的长度，保证螺帽安装好后长出螺栓端面2～3牙的长度，或改变螺栓安装方向，将固定螺栓改用内六角螺栓，防止端部放电。

2）防止空气绝缘击穿放电。对柜内电缆头进行整改，确保相间不交叉、三角口位于电缆室底板之上、电缆吊牌位于三角口之下，保持相间绝缘层5mm以上空气间隙；对避雷器引线与电缆之间交错且空气绝缘距离不够的进行整改。

3）防止绝缘子、套管表面放电。结合整站、整段母线停电，对开关柜内所有设备、绝缘子、套管表面进行清扫，对爬距不满足要求的绝缘子、套管进行更换［6］。

4）试验不合格互感器更换

对励磁特性不合格电压互感器和伏安特性不合格的电流互感器申报技改项目进行更换。

4 案例分享

4.1 缺陷情况

某变电站开关柜红外测温发热严重，停电进行了彻底检查，发现开关柜内积灰严重，大部分热缩套已经开裂，断路器触头及触指有严重过热痕迹，铜铝接触面已经严重腐蚀且有严重发热痕迹，断路器触臂绝缘件已经产生严重龟裂，A相灭弧室的绝缘筒已经产生裂缝且有放电痕迹，如图1～图7所示。

图1 开关柜发热缺陷

图7 开关柜触指发热烧损

图2 开关柜发热缺陷

图3 开关柜触头过热烧痕

图4 开关柜积灰严重

图6 开关柜发热烧损

4.2 原因分析

4.2.1 开关柜存在设计缺陷

1）主母线为2×100×10的双铝排。铝的电阻率为2.83×10－8Ωm，而铜的电阻率为1.75×10－8Ωm，在大电流的情况下，铝排发热明显大大高于铜牌。况且由于铝排硬度远低于铜牌，紧固螺丝的工艺要求非常高，太松则压紧力不够，太紧则会造成铝排局部变形，长时间运行后同样引起压紧力不够。

2）大电流柜未采用穿心互感器，增多了6个接触面。且由于主母排和分支母排都采用了铝排设计，施工时又没有采取任何铜铝过渡措施，长时间运行后接触面产生了电腐蚀，严重发热，如图8所示。

图8 常规TA接触面发热

3）断路器室无散热风扇。由于中置柜具备LSC2功能，各功能室之间相互独立，因此对于大电流柜而言，其母线室、断路器室应分别装配散热风扇，确保散热效果。

4）静触头与母排的搭接面只有一个螺栓紧固，压紧力不够。新设计中，对于大电流柜通常采用5个螺栓固定，小电流柜采用2个螺栓固定，如图9所示。

图9 静触头五螺栓与单螺栓固定对比

4.2.2 施工工艺存在的问题

1）双母排在施工中未留间距，不利于散热，如图10所示。

图10 双母排未留间隙

2）铝排与互感器、铝排与触头盒之间的铜铝接触，未采取任何过渡措施。

3）断路器隔离触头插入深度偏小，从坡口算起只有8mm左右，不满足10～20mm的要求，如图11所示。

图11 隔离触头插入深度不足

4.2.3 材质不合格造成局部过热

1）断路器触指有镀银，但触头盒内静触头未镀银，长期大电流环境下容易发热。

2）穿屏套管、触头盒等绝缘材料非环氧树脂材料，易起火造成火烧连营，如图12和图13所示。

图12 绝缘件材质不合格

图13 绝缘件材质不合格

4.3 治理措施

1）更换断路器静触头为5个压接孔的静触头和触头盒，增加静触头与汇流排的有效接触面积，防止发热，如图14和图15所示。

图14 五固定孔静触头

图15 五固定孔静触头

2）更换电流互感器为穿心式TA，如图16所示。

图16 穿心式TA

3）将铝排更换为铜牌，边角需倒角，搭接面镀银，严格按双母排的制作工艺，确保母排散热通道，如图17和图18所示。

图17 双母排工艺

图18 母排搭接面镀银

4）更换不合格的绝缘件。

5）加装断路器室的散热风扇，并确保散热通道畅通。

5 结束语

本文较为详细地介绍了10kV开关柜常见的隐患缺陷及缺陷原因，并列出了排查方法，提出了详细的有针对性的治理措施。运行单位通过以上措施，能强有力的扭转存量的开关柜运行状况，同时根据各项开关柜相关的反措、规程严把新开关柜设备投产验收关口，势必能将开关柜设备的健康水平提升到新的台阶。