摘要：文章分析了l0kV開關柜發生故障的原因，提出了相應改進技術和管理措施，如加強設計制造階段全過程質量控制，落實電力行業有關反事故技術措施，提高安裝調試水平，加強對l0kV開關柜行運巡視檢測。
　　關鍵詞：10kV；開關柜；故障
　　引言
　　隨著技術的發展，在供電企業及廣大制造廠的共同努力下，l0kV開關柜總體制造質量及運行可靠性有了較大的提高，故障率也大大降低。但在運行中仍存在和發生一些可以避免或不該發生的缺陷及故障，近幾年某調度范圍10kV開關柜故障如表1所示。
　　表110kV開關柜故障分析表(不完全統計)

                               
　　　　由表1可見，開關柜絕緣故障占33.87％，開關柜及導電回路過熱占38.7％。這些故障嚴重影響了高壓配電網的安全運行，更嚴重影響了用戶的可靠供電，必須認真分析，采取措施。文中結合幾年來電網運行中發生的故障進行了分析，并提出了l0kV開關柜技術和管理方面應采取的建議措施。
　　1開關柜故障分析
　　1.1高壓開關柜的絕緣故障
　　10kV開關柜發生放電擊穿事故，其放電的原理主要是絕緣件或絕緣間隙的絕緣強度低于外加電壓時就發生放電，甚至發生絕緣擊穿事故。主要原因為如下幾類。
　　1.1.1導電部位與絕緣支撐件之間放電
　　開關、TV、TA等柜內設備的導電連接銅排對相間絕緣檔隔板之間局部放電。開關柜內導體與絕緣件布置如圖1所示。
　　圖1中，E1、E2分別為絕緣體與氣隙中的電場強度，分別是二者的介電常數，則，所以
　　                            
　　
　                                    　圖1開關柜內導體與絕緣件布置簡化圖
　　由于絕緣體的>>空氣的，且當d1>>d2，絕緣體與導體間隙d2很小時，則空氣間隙中場強E2>>E1，導致絕緣件與導電部位的小間隙放電。
　　有時，絕緣板與導電體之間固定不牢，開關操作多次后發生松動，在操作振動沖擊后，引發間歇性放電，也不一定被運行人員發現；有時在柜內，由于全密封或部位看不見，往往很難發現故障部位，直到放電嚴重，造成絕緣板損壞貫通性擊穿，導致事故。在故障停電后檢查，可發現絕緣件表面有嚴重放電或放電后的碳黑，絕緣件因長時間放電而開裂，失去絕緣作用。導電銅排與環氧穿心TA間隙放電，其布置如圖2所示。
　　安裝時由于施工誤差使導電銅排兩側與TA內層間的間隙d很小，當濕度高或振動大時，造成小間隙放電，放電累積效應，燒壞TA內側絕緣層引發擴大事故。有時環氧大電流TA內層有屏蔽線，由于安裝時環繞銅排多圈，引起屏蔽線中產生很大環流，燒斷位線，使TA內屏蔽層與導電體之間不等電位而放電損壞。
　　                   
　　
　                                     　圖2導電銅排與環氧穿心TA布置簡化示意圖
　　  1.1.2主母線與絕緣套之間發生放電
　　主母線與柜內間隔穿墻絕緣套之間發生放電，放電原因，也是導電銅母排與絕緣套間隙小，導致放電。
　　開關柜小型化后，由于相與相間對地絕緣尺寸小，柜內有機絕緣件表面積污嚴重，遭到潮濕天氣，柜內濕度較高，引起絕緣表面結露而爬電或放電、擊穿造成事故。
　　1.2開關柜發熱
　　開關柜發熱主要體現在導電回路發熱與開關柜過熱。
　　1.2.1發熱原理
　　導體發熱主要體現在導電回路發熱與散熱兩方面，當發熱大于散熱時，開關柜溫度要上升，大于額定溫升時，整個開關柜或局部連接處發生過熱，嚴重時發生事故；其中發熱主要由導體發熱和接頭發熱以及渦流發熱組成。
　　導體發熱與導電回路電阻成正比，當導體截面積設計過小，電阻率較高時發熱就嚴重；導體發熱還與負荷電流的平方成正比，在小電流時發熱可能不明顯，當負荷電流增加達幾千安以上時，熱量將成百倍的上升，即出現發熱、過熱現象；導體發熱還與發熱時間有關，運行時間越長，發熱的累積效應越嚴重；當柜體通風散熱不良時，發熱將加重。
　　1.2.2導電回路過熱
　　導電回路接頭接觸不良引起發熱最普遍。突出的部位在：主變總開關大電流回路內手車的觸頭部位、開關刀閘引線連接處、TA接線板、閘刀主刀口接觸部位。由于接線板連接工藝不良，閘刀調試質量不高以及接觸部位電化學腐蝕等原因造成這些部位嚴重發熱，調度運行中均常常遇到此類過熱故障。
　　1.2.3渦流發熱
　　由于開關柜運行電流越來越大，渦流發熱已成為開關柜發熱的一個不可忽視的嚴重問題。負荷電流在穿墻套管固定鋼板內產生交變磁場，進而在其中產生感應電壓，由于普通鋼板電阻小，所以在其中產生較大的環流，引起鋼板發熱。當負荷電流大于幾千安時，這種渦流發熱十分明顯。
　　以某典型的10kV全密閉中置開關柜斷面圖為例，開關柜中渦流產生的幾個常見部位如圖3所示。
　　
　　A—母線室；B—斷路器手車室；c—電纜室；D—繼電器儀表室；
　　1.1—泄壓裝置；1.2—控制小線槽；1—外殼；2—分支小母線；
　　3—母線套管；4—主母線；5—靜觸頭裝置；6—靜觸頭盒；
　　7—電流互感器；8—接地開關；9—電纜；l0—避雷器；
　　11—接地主母線；12—接卸式隔板；l3—隔板(活門)；l4—二次插頭；
　　l5—斷路器手車；l6—加熱裝置；l7—可抽出式水平隔板：
　　l8—接地開關操作機構；l9一底板

                                                 
                                                               　　圖3開關柜斷面圖
　　其中渦流發生的主要部位有開關柜主母線間隔板、主母線穿到觸頭室間隔板、6個手車臂的隔板、主變進線隔板處。有些開關廠的產品在上述部位沒有采取防渦流的措施，運行中就發生了渦流發熱現象。如容量為50MVA主變壓器滿載時次級電流達3000A時，會產生嚴重的渦流發熱，所以總柜溫度普遍比出線柜的溫度要高幾十攝氏度。
　　1.2.4導體發熱
　　由于開關柜內有大量主母線采用銅、鋁排等導體，當運行電流越大，主母線發熱越明顯。目前，采用的銅、鋁排雜質含量高，銅排電阻率較大也影響發熱，設計熱穩定余度小，原來的矩形截面散熱面小，加開關柜小型化全密封散熱通風差，運行中可以發現主母線室柜門表面溫度較高。
　　1.3開關柜及機械傳動操作機構故障分析
　　1.3.1傳動系統故障原因分析
　　開關柜傳動機常常遇到變形、彎曲、連桿拉斷、拐臂斷裂、鐵板厚度不夠、傳動銷子斷裂，手車6個觸臂與觸座中心不對中、手車滑動導軌上下前后不平行，造成操作困難、操作笨重，一些連桿剛度小、銹蝕嚴重，操作時機械振動厲害。上述這些問題有時造成連桿脫落而相間短路跳閘，或單相接地，嚴重影響開關柜的可靠運行。
　　1.3.2操作機構主要存在問題分析
　　調度運行中經常發生開關拒分、拒合等異常；調試中也常遇到分合閘速度及時間不合格，分合閘動作電壓不合格等間隙；操作時可以看到中置柜的機構彈跳比固定柜明顯，從而也危及開關的正常可靠運行。
　　1.3.3操作控制回路存在問題分析
　　在調試和運行中經常發現：機構控制回路接線固定不牢、：工藝不對甚至接線錯誤，引線壓傷，TA端子排結構不合理，防跳回路不合理等問題，造成開關柜運行中保護拒動，擴大事故。
　　1.4開關柜內元器件發生故障異常
　　開關柜是由斷路器、手車、TA、TV、氧化鋅避雷器(MOA)及導電排、絕緣件等元件組合而成，這些元器件的質量優劣也直接導致開關柜的故障發生，具體常見的故障異常有如下幾種：
　　(1)MOA質量差、持續運行電壓不能滿足反措要求；
　　(2)導電銅、鋁排含有雜質，電阻率高，加工尺寸偏小。達不到設計標準；
　　(3)電流、電壓互感器質量差、伏安特性差，爬電距離小，成為開關柜的絕緣薄弱點；
　　(4)帶電顯示裝置質量不穩定，試驗工作較麻煩。
　　以上這些配套設備存在的問題引發開關柜絕緣故障、過熱故障，嚴重影響開關柜正常運行。
　　2改善運行質量的建議
　　由上述分析可見，造成10kV開關柜這些故障的原因主要是屬于設計制造質量問題，也有安裝調試誤差，以及運行檢修方面的問題；所以應從10kV開關柜的設計制造，安裝調試及運行檢修全過程采取必要的技術措施和管理措施來提高10kV開關柜的運行可靠性。
　　2.1加強設計制造階段全過程質量控制
　　高壓柜產品制造商不可能全部自己生產原材料、元器件，必須向外采購有關元器件。外購原材料、元器件的質量好壞及技術含量高低直接關系到自身產品的性能質量和可靠性，必須高度重視外協件的選擇和質量把關。重點應將質量放在重要位置，進行嚴格的外協件的質量比較、驗收、檢測梳選等工作，盡量把缺陷及有關質量問題消滅在組裝之前。希望選擇正規生產廠家的外協件。如要注意合作方的生產設備檔次、人員素質狀況，工廠管理水平、質量控制保證體系，有關3C認證等，不具備上述基本條件的合作伙伴不可能生產出高水平高質量的配套件。
　　2.2落實電力行業有關反事故技術措施
　　針對上述故障分析可見，許多故障都是有反事故措施對策的，只是制造業主不知道或未執行，所以建議運行部門訂貨及出廠驗收時應將電力行業的反事故措施在技術協議中明確，要求廠方將l0kV開關柜的反事故技術措施一并在制造中實施。如對大電流回路穿墻固定板采用割槽后嵌銅條或直接采用不銹鋼板等非導磁材料的隔板，都可以較方便地防止過熱，一些廠商技術水平較高，已主動在設計時采取了技術措施。如大電流回路銅排已采用了弧型表面，或采用空心銅管結構。
　　2.3提高安裝調試工藝水平
　　由上分析，開關柜絕緣問隙不合要求放電，機構傳動系統有卡澀，開關手車操作不靈活等問題均通過調整和提高施工工藝可以解決，導電回路發熱在設計載流量滿足要求的前提下也可以改進接觸結構，緊固工藝得到解決。
　　2.4加強對10kV開關柜運行巡視檢測
　　遇到柜內的異聲要仔細分析，有時一個小放電現象等到下次巡視時可能已發展為絕緣故障，巡視時必須高度認真細致；同時加強對導電回路進行紅外線帶電測溫，可以提高設備過熱故障巡視水平，特別對主變大電流回路有關接頭的檢測，一旦出現溫度異常升高，即可以先通知調度轉移負荷來防止過熱惡化成事故；對開關運行要隨氣候變化進行改善，應加裝室內除濕裝置，防止濕度高引起開關柜內絕緣閃絡，在夏季，環境溫度較高，設備負荷電流又大，產熱高，應加強10kV開關室通風排熱來降低設備溫升，防止過熱。
　　3結語
　　本文對電網調度范圍10kV開關柜運行中發生的故障異常進行了統計分析，詳細剖析了幾類10kV開關柜故障發生的原因，提出防止這些運行中發生故障的技術措施，也提出了從設計制造、出廠驗收、現場安裝調試、運行中巡視檢測等全過程加強技術管理的建議，希望能對進一步提高10kV開關柜制造水平及運行可靠性水平有一定的指導作用。