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10KV高压设备短路故障分析及防范措施王志才

发表时间：2020/5/8 来源：《电力设备》2020年第2期作者：王志才

[导读] 摘要：随着发展的进程，对电力的需求量越来越大，无论是工业还是城镇居民都加重了我国的电力负荷。

        （国家电投集团山东新能源有限公司山东省济南市 250000）
        摘要：随着发展的进程，对电力的需求量越来越大，无论是工业还是城镇居民都加重了我国的电力负荷。为了解决如此较大的电力需求量，国家采用了高电压的电力输送方式，以满足我国的发展和人民生活水平提高的需要。在高电压电力输送的过程中离不开高压开关柜，其中10KV开关柜是我国普遍应用的产品之一。开关柜在电力输送的中占有很重要的地位，如果在运行的过程中出现故障，将会影响电力的输送，造成重大的经济损失。本文就对10KV高压设备短路故障进行分析，同时提出有效的防范措施。
        关键词：10KV开关柜；故障分析；对策
        高压开关柜是指用于电力系统发电、输电、配电等过程中，起通断、控制或保护等作用的高压电气设备；10KV高压开关柜即工作电压等级为10KV的高压开关柜。10KV高压开关柜内部结构复杂，元器件众多，通常包括高压断路器、隔离开关与接地开关、高压负荷开关、电压互感器和电流互感器、操作机构等。高压开关柜具有架空进出线、电缆进出线、母线联络等功能，适用于发电厂、变电站、石油化工、冶金轧钢、轻工纺织、厂矿企业和住宅小区、高层建筑等各种不同场所，用途广泛，使用数量众多，承担着电能的分配任务，这使得在越来越重视供电可靠性和电能质量的当下，对10KV高压开关柜的运行情况进行系统分析尤为重要。国内10KV高压开关柜种类庞杂，质量也良莠不齐，在运行过程中出现的各种技术问题和使用故障很多。针对10KV高压开关柜在现场运行过程中出现的各类故障进行归纳总结，并针对不同的故障类型，结合长期工作经验和理论给出处理建议。
        1、10KV高压设备常见故障分析
        1.1绝缘故障
        绝缘故障是电力设备较为常见的故障类型，其是指设备出现绝缘放电现象，不但会对电力设备的运行质量造成严重影响，更有可能引发严重的安全问题。对10KV高压开关柜而言，其绝缘故障的出现主要有两个原因。其一，由于10KV高压开关柜的绝缘板和导电体之间不够稳定，很容易导致开关元件松动，此时开关柜在被操作时就可能会出现间歇性放电情况。在放电情况较为严重时，会直接击穿绝缘层，导致开关柜的绝缘性能丧失，极易引发严重的安全事故。而且该故障在事故发生之前，很难被有效检测到。其二，主母线和绝缘层之间出现绝缘放电情况。导致该故障的主要原因在于导电铜母排线和绝缘层接触较为紧密，在外部环境较为潮湿的情况下，开关柜内的绝缘层表面可能会凝结水，进而渗到母排线上并导致放电，严重时更会击穿绝缘层。
        1.2材料设备质量差和工艺上的缺陷
        在电力系统的运行过程中，高压开关柜所采用的各类元器件和材料的质量，硬性地决定着该开关柜的性能。市场上销售的各类柜内使用的元器件品类繁多，质量也良莠不齐。当10KV高压开关柜内部采用质量低劣的元器件时，在长时间运行后，极易造成开关柜绝缘性能的损坏。即便是采用的各元器件都是合格的，且都能通过各类实验，但是组装之后也依然可能出现整台开关柜试验不合格的状况；出现这类问题的根源是设备制造质量差或工艺上的缺陷。常见的此类问题有柜内紧固螺丝在旋紧时，没有按照规定进行操作，使得旋紧之后露出部分过长，支持瓷柱的紧固底板在支持瓷柱处未做应有的特殊处理，电缆制作工艺不良造成内部短路等。工艺上的缺陷往往会减小柜内安全距离，影响开关柜内部绝缘，使整台开关柜的绝缘性能严重下降。
        1.3操作引起的故障
        一是柜体的强度较差，当高压开关柜中通过短路电流时，电动力产生的作用足够使开关和柜体本身出现位移现象，继而短时间内增加了接头的电阻值，形成电弧现象，有可能会发生爆炸；二是静接头和动接头经过长时间的使用后，容易形成不同程度的磨损，减少彼此的接触面积，继而出现接触不良的情况；三是在安装设备的过程中，由于施工人员的疏忽破坏了原本的结构，致使高压开关柜在运行时发生故障。例如，由于传感设备或操作设备引起的开关机故障，导致出现卡顿、零件形变或脱扣等；电气控制设备形成回路形成的故障，使系统保护装置无法执行系统命令。
        1.4防爆等级设计不够
        10KV高压开关柜一旦出现短路故障，会在短时间内积聚大量高温高压的蒸汽，并使得柜内压力快速提升，引发爆裂事故。

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因此，防爆设计一直都是10KV高压开关柜的设计重点。但是就当前来看，部分开关柜的防爆等级设计不够，主要体现在防爆泄压通道设计不合理上。一般来说，防爆泄压通道上方柜顶盖板应当同时使用镀锌螺丝与塑料螺丝，从而确保盖板能够被柜内压力顺利定开。但是，部分开关柜的盖板两边均使用镀锌螺丝，很可能导致盖板无法被及时冲破，柜内压力不断增加并爆裂。
        2、10kV高压开关柜故障的防范措施
        2.1高压开关柜内部环境处理
        10KV高压开关柜内部温湿度以及灰尘等环境因素对开关柜的绝缘情况有着直接影响，因此对高压开关柜内部环境的处理是防范事故的不可或缺的部分。对于开关柜内部湿度较大的情况，需要增加除湿装置；对于开关柜内部温度较大的情况，则必须增加开关柜内部空气流动，可通过开通风窗并加装过滤网的方法来处理；而对于柜内落尘的情况，在增加柜内空气流动和干燥时，则不会发展为污闪。
        2.2材料选型和制造工艺方面
        由于高压开关柜由众多的电器配件组成，其配件材料决定了开关柜是否耐用。基于此，电力企业必须要关注高压开关柜内的配件材料和柜体材料的选择，以稳定性、安全性、可靠性为基准对相关材料进行选择，同时根据高压开关柜实际的应用环境，设计科学、合理的开关柜配置方案，达到理想化的设计状态，使高压开关柜发挥出自身的作用。例如，变电站要选择性能较好且稳定性较高的进口材料，为高压电网的良好运行奠定良好的基础。
        2.3爬电比距的处理
        这是高压开关柜设计需要处理的一项参数。按照国家标准，高压开关柜的各组件及其支撑绝缘件的外绝缘爬电比距为纯瓷绝缘不小于18mm/KV，有机绝缘不小于20mm/KV。爬电比距影响着系统的正常运行，必须得到保证，所以，高压开关柜所用所有组件都应由专业厂家制作，不能采用仿造产品，以保证高压开关柜的性能良好，更是为了保证电力系统的安全稳定供电。
        2.4安全与性能等方面
        高压开关柜作为一种高压成套设备，在考虑良好运行和正常供电的同时还要考虑到安全用电，保证运维人员的人身安全。开关柜内部各导体之间的净距离必须满足电力行业的标准：各相之间以及对地空气间隙必须在125mm以上。当高压开关柜内部采用了新型复合材料时，需要加强各绝缘材料介电常数间的配合，该处理可有效减小盐雾及有害气体对母线的侵蚀。继电保护装置也是需要考虑的方面，比如在安装保护装置时要严格按照标准操作；在系统运行方式发生变化时，要及时调整保护方式以适应系统运行方式的变化；在断路器容量不足时要重新调整继电保护参数等。
        2.5落实运行巡检工作
        10KV高压开关柜在运行过程中较易出现各种故障，这就要求电力企业安排巡检人员，制定巡检制度，严格落实运行巡检工作。巡检人员应当根据相关标准与规范，定期对开关柜及其运行环境进行全面检查，包括开关柜外观、运行参数、基本状态以及环境潮湿度与干净度等。一旦发现异常或故障，巡检人员必须及时依照相关规定进行处理，尽量防止故障引发严重问题。而在开关柜发生故障后，巡检人员应当理解排查故障原因，并采取合理措施加以应对。
        3、结语
        10KV高压开关柜的防范对策很多，工作任务重，随着开关柜的设计越来越智能越来越完美，但工作人员不能因此而掉以轻心，必须更加保持工作的认真态度，杜绝大事故，减少小异常。在工作过程中，要有不断探索的精神，为确保人身、电网和设备的安全服务，使效益最大化。
        参考文献
        [1]麦敬明.10KV高压开关柜常见故障分析与对策[J].中国新技术新产品,2015(14):52.
        [2]陈洁昊.探析10KV高压开关柜故障分析及设备质量监督[J].通讯世界,2015(12):169-170.
        [3]韦科迪.浅析10KV高压开关柜故障原因及防范措施[J].机电信息,2017(15):92-93.