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开关柜故障分析及对策

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12 ~ 40.5 kV 开关柜设备是电网系统中运行最频繁的一次变电站设备。近年来，开关柜事故频繁发生，造成经济损失、人员伤亡等不良社会影响。

其隐患和固有缺陷主要集中在接线方式、内部放弧能力、内部绝缘、加热和防误闭锁方面。通过制定有针对性的对策，开关柜后，环网柜事故数量大大减少，电网运行可靠性稳步提高。

1、接线隐患

1.1、隐患类型

1.1.1、电视柜避雷器直接连接到母线上

根据典型设计规范的要求，电视柜内的避雷器必须通过隔离开关与母线连接，而电视柜内的位置以各种方式排列和接线。电视柜中的一些避雷器没有通过隔离手动开关连接到总线。当电视机检修时，隔离手柄被拉开，避雷器仍带电，给进入舱室的工人带来触电的危险。电视柜中的避雷器主要有以下接线形式，如图2所示:

图2 开关柜连接模式的隐患

1.连接方式1:电视柜内的避雷器和电视机安装在后车厢内，保险丝安装在手车上，避雷器直接连接到母线上，电视机通过隔离手车连接到母线上；

2.连接方式二:电视柜内的避雷器安装在母线室内，直接连接到母线上。电视和保险丝安装在手推车上。

3.连接方式3:电视柜中的避雷器单独安装在后舱或前下舱，并直接连接到总线上。电视和保险丝安装在手推车上。

4.连接方式4:电视和保险丝安装在XGN系列固定柜的隔间内，避雷器单独安装在另一个隔间内，直接与母线连接。

5.连接方式5:避雷器、电视和保险丝都安装在行李厢内。避雷器直接与母线相连，电视机通过隔离手车与母线相连。

6.连接方式6:避雷器、熔断器和电视机安装在同一辆手车上，避雷器连接在熔断器的后级。这种布置属于错误接线，一旦运行中保险丝熔断，设备将失去避雷器的保护。

1.1.2。开关柜下部机柜没有与后部机柜完全隔离

KYN系列主变压器进线开关柜，母线耦合器开关柜，馈线开关柜 etc 开关柜的下柜部分未与后柜完全隔离，进入下柜的工作人员可能会意外接触到母线或电缆头的带电部分，造成触电。开关柜未将下柜与后柜隔离的隐患如图3所示:

图3 开关柜下部机柜和后部机柜未隔离的隐患

1.2。对策

对于存在接线方式隐患的开关柜进行一次性接线修改。开关柜接线模式转换示意图如图5所示:

图5 开关柜连接模式转换示意图

1.2.1、电视柜避雷器接线技术改造方案

1.对于连接模式1，拆除隔间内的避雷器。电视连接模式不会改变。堵住原来公共汽车房的穿墙洞。将避雷器放在手车上，装回熔断器避雷器手车上。避雷器与保险丝和电视电路并联。

2.对于连接方式2，拆除母线室中的避雷器，将避雷器移至手车上，重新安装成熔断器和避雷器手车，增加一个下触头盒安装板、一个触头盒挡板和一个阀门机构，将电视机安装在后车厢内，通过导线连接到隔离手车的下触头上。该方案可以在原有的手推车上实施，也可以考虑新的手推车。

3.对于连接方式3，将避雷器从原隔间中取出，将避雷器移至手车中，并重新安装到熔断器和避雷器手车中，堵住原母线隔间的壁孔，添加手车的下触头盒安装板、触头盒挡板和阀门机构，将电视机安装在后隔间中，并通过导线连接到下触头。该方案可以在原有的手推车上实施，也可以考虑新的手推车。

4.对于连接方式4，拆除其他隔间中的避雷器，将避雷器移至保险丝和电视隔间，将其连接至隔离开关的断路器，并将其与保险丝和电视电路并联。

5.对于连接方式5，避雷器和电视的安装位置不变。将原避雷器的引线直接连接到隔离手车的下触头上，堵住原母线室的穿墙孔。

6.对于连接模式6，该排列模式属于错误连接。一旦运行中保险丝熔断，设备将失去避雷器的保护。拆除原有手车中的避雷器和熔断器，改变连接位置，使避雷器连接到熔断器的上侧，并与熔断器和电视电路并联。

1.2.2，开关柜下柜和后柜隔离不完全的预防措施

由于此类开关柜产品的结构是固定的，如果在装修中安装了隔板，其内部结构和空间分布会发生变化，产品的内部保护性能无法得到保证。因此，进入机柜运行时，必须在工作前确认主变10kV侧对侧检修和主变切换检修。

2、内部电弧放电能力不足

2.1、隐患类型

在实际运行中，金属密封开关柜有其自身的缺陷，再加上绝缘性能差或运行条件差引起的误操作，会引起内部电弧故障。短路产生的电弧温度高，能量大。电弧本身是一种非常轻的等离子气体。在电力和热气的作用下，电弧将在机柜内高速运动，导致故障范围迅速扩大。在这种情况下，绝缘材料蒸发，金属熔化，开关柜内部温度和压力急剧上升。如果没有设计或安装合格的泄压通道，巨大的压力会导致机柜隔板、门板、铰链和观察窗严重变形甚至断裂，电弧产生的高温气流会喷出机柜，对设备附近的操作和维护人员造成严重烧伤，甚至危及生命安全。目前设备在运行中存在一些问题，如没有泄压通道、泄压通道设置不合理、内部放弧能力没有试验验证、试验过程中没有严格检查等。

2.2。对策

[选型] 开关柜内部故障电弧的性能应为IAC级，内部电弧的允许持续时间不应小于0.5s，试验电流应为额定短期耐受电流。对于额定短路分断电流大于31.5千安的产品，可按31.5千安进行内部故障电弧试验

[改型]增加或改变泄压通道，严格按照型式试验标准的要求进行内部电弧试验验证。

[保护]适当压缩主变压器各段的保护差动，减少故障电弧的持续损坏时间。

3.内部绝缘

3.1、隐患类型

近年来，开关柜产品的体积不断缩小，机柜内的绝缘性能出现缺陷，故障增多。主要表现为:爬电距离和气隙不够，尤其是手车柜。现在许多制造商还没有采取有效措施来保证绝缘强度，以缩短机柜尺寸，并大大减少安装在机柜中的断路器和隔离插头的相间和接地距离。装配过程很差。由于装配质量差，在开关柜范围内的单个部件可以通过压力测试，但装配后的整个部件不能通过。如果接触容量不足或接触不良，当接触容量不足或接触不良时，局部温度将升高，绝缘性能将下降，导致对地闪络或相间闪络。冷凝现象，独立加热器容易损坏，无法正常工作，冷凝现象发生在开关柜以内，降低了绝缘性能；辅助附件绝缘性能差。为了降低成本，一些制造商采用了绝缘水平较低的配套附件，降低了开关柜的整体绝缘性能。

3.2。对策

不能盲目追求开关柜小型化，应根据工程情况，变电站内部布局、运行维护和设备维护等因素综合考虑，采购宜开关柜。

使用空气或空气/绝缘材料作为绝缘介质的设备应考虑绝缘材料的厚度、设计场强和老化，并要求制造商按照标准要求进行冷凝试验。对于环网柜内的穿墙套管、机械阀门和母线弯头等部件，如空气绝缘网距小于125毫米(12kV)和300毫米(40.5kV)，导线应采用绝缘护套封闭。为防止电场畸变，场强相对集中的部位，如进、出口套管、机械阀门、母线弯头等，应采用倒角和磨削。柜内母线支撑瓷瓶和其他绝缘爬电距离不能满足防污条件的设备。喷涂RTV绝缘涂层是为了改善旧设备运行的技术条件。

4.发热缺陷

4.1、隐患类型

电路连接点接触不良、接触电阻增加和突出的发热问题，如隔离触点接触不良；金属铠装柜通风口设计不合理，空气不对流，散热能力差，柜内有很多发热问题。穿墙套管和电流互感器等安装结构形成电磁闭环，产生涡流，导致一些隔离挡板材料严重发热。部分封闭式开关柜内部干式设备(铸流变压器、铸压变压器、干式变压器)绕组线径不足，铸造过程控制不严，容易过热损坏。

4.2。对策

加强开关柜散热，安装鼓风机和引风机；结合停电机会，检查动、静触头的接触压力，必要时更换，同时更换疲劳的触头弹簧。加大柜内测温技术的研究，应用无线测温等新技术解决测温难题。

5、防止假锁不完善

5.1、隐患类型

大多数开关柜配有防误闭锁装置，但其综合防误闭锁和强制防误闭锁不符合要求。铠装式开关柜后上柜门可开启，无防误闭锁，无隔离挡板。打开后，它可以直接接触带电部件。螺钉为普通六角凹头螺钉，开门时容易触电，意外进入带电机柜。对于一些主变、母联、电视和二手无接地开关的变压器开关柜来说，后下柜门没有用接地开关进行机械锁定，后柜门可以通过拆卸螺丝直接打开，不需要关闭柜门就可以接通和传输电源，容易造成维修人员误开，进入带电区间，造成人员触电事故；Part 开关柜后柜门的上部和下部不能独立锁定。上部柜门由下部柜门锁定。当出口接地开关闭合时，下柜门的锁被打开，后上柜门也可以打开，容易造成触电事故。例如，KYN 28 开关柜；拔出part 开关柜手车后，绝缘隔离挡板容易被推起，没有防误闭锁，带电体外露，工作人员容易误开开关静触头阀的挡板，造成触电事故。

5.2对策

针对开关柜防误操作功能不完善的情况，在开关柜的高电压下增加了一把机械挂锁，可以在后上柜门打开，打开后可以直接接触带电部分，并配置了微电脑防误锁进行锁定；在XGN GG1A等开关柜上，安装了接地开关和后柜门之间的联锁装置，并安装了带电显示装置以锁定接地开关操作。定期检查防误装置的可靠性，利用停电机会检查手车和接地开关、隔离开关和接地开关的机械闭锁装置。

6.结论

开关柜设备是电网中重要的一次变电站设备。为保证其稳定运行，应从设计、材料、工艺、试验、选型、运行和维护等方面加强控制。严格按照典型设计要求，结合国家和行业标准，提出设计技术要求，从根本上消除接线隐患；根据国家和行业标准及反事故措施，制定严格的设备招标文件，防止不合格产品进入网络。加强工厂监督，严格见证关键生产点和工厂试验，坚决禁止不合格产品出厂。积极开展开关柜缺陷管理，加强反事故措施的落实；完善开关柜防误闭锁功能，加强防误闭锁装置的管理，安装带电显示装置，配合“五防”系统，确保防误闭锁的全面性和强制性。

资料来源:电力知识课

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