開關(guān)柜典型故障分析及解決方案

1、高壓開關(guān)柜典型故障分析及解決方案電力系統(tǒng)廣泛使用10kV(含6kV)35kV開關(guān)柜，擔(dān)負(fù)著發(fā)電廠用電、變電站和用戶供電的任務(wù)，且用量大，分布廣。由于1OkV35kV開關(guān)柜的設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)行維護(hù)等方面均存在不同程度的問題，因而開關(guān)柜事故率比較高，危及人身、電網(wǎng)和設(shè)備安全，影響供電可靠性。一、下面列舉幾種類型的開關(guān)柜事故（故障）案例：（一）開關(guān)柜防爆性能不足或防誤性能不完善，危及人身安全；由于開關(guān)柜防爆性能不足或防誤性能不完善，近幾年省內(nèi)外發(fā)生多起人身傷害事件，以下列舉四起事故：1. 2006年2月 24日，某 220kV變電站 10kV高壓開關(guān)柜（GGX2型）由于饋線故障，開關(guān)發(fā)生拒動，運(yùn)

2、行人員在處理開關(guān)拒動過程中，當(dāng)拉開開關(guān)，確認(rèn)開關(guān)位置指示處于分閘位置后，操作拉開隔離刀閘時，發(fā)生弧光短路，造成 2人重傷 1人輕傷。事故后現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)：該開關(guān)操作機(jī)構(gòu) A、B相拐臂與絕緣拉桿連接處松脫，造成 A、B相主觸頭未分開，在操作拉開隔離刀閘時發(fā)生弧光短路。由于906柜壓力釋放通道設(shè)計(jì)不合理，下柜前門強(qiáng)度不足，弧光短路時被電弧氣浪沖開，造成現(xiàn)場人員被電弧灼傷。開關(guān)柜的上述問題是人員被電弧灼傷的直接原因。2. 7月 1日，某單位發(fā)生一起因變電運(yùn)行人員擅自打開10千伏開關(guān)柜柜門，誤碰帶電部位造成的人身觸電死亡事故。設(shè)備缺陷是事故發(fā)生的又一間接原因。由于 6522A相刀閘動觸頭絕緣護(hù)套老化，松

3、動后偏移，刀閘斷開時護(hù)套卡入動觸頭與刀閘接地側(cè)的靜觸頭之間，造成刀閘合閘時卡澀合不上。且該 GG1A型高壓開關(guān)柜系 60年代設(shè)計(jì)的老舊產(chǎn)品，96年生產(chǎn)，97年投運(yùn)；原安裝有機(jī)械程序防誤鎖，于 2002年改造為微機(jī)防誤裝置，由于此型號的高壓開關(guān)柜原設(shè)計(jì)不完善，不能實(shí)現(xiàn)線路有電強(qiáng)制閉鎖。3. 2009年9月30日，某220kV變電站發(fā)生一起10kV開關(guān)柜內(nèi)部三相短路，電弧產(chǎn)生高溫高壓氣浪沖開柜門，造成2名在開關(guān)柜外進(jìn)行現(xiàn)場檢查的運(yùn)行值班員被電弧灼傷，其中1人于10月1日死亡。4. 2010年8月19日，8月19日，某單位在更換某220kV變電站10kV I段母線PT過程中，工作班成員觸碰到帶電的母

4、線避雷器上部接線樁頭，造成2人死亡、1人嚴(yán)重?zé)齻?。初步分析，事故主要原因?yàn)閺S家設(shè)備一次接線錯誤。根據(jù)國家電網(wǎng)公司典設(shè)和設(shè)備訂貨技術(shù)協(xié)議書，10千伏母線電壓互感器和避雷器均裝設(shè)在10千伏母線設(shè)備間隔中，上述設(shè)備的一次接線應(yīng)接在母線設(shè)備間隔小車之后（見附圖1）。而開關(guān)柜廠家在實(shí)際接線中，僅將10千伏母線電壓互感器接在母線設(shè)備間隔小車之后，將10千伏避雷器直接連接在10千伏母線上，導(dǎo)致拉開10千伏母線電壓互感器9511小車后，10千伏避雷器仍然帶電（見附圖2）。變電站運(yùn)行人員按照工作票要求，拉出10千伏段母線設(shè)備間隔9511小車至檢修位置，斷開電壓互感器二次空開，在段母線電壓互感器柜懸掛“在此工作”

5、標(biāo)示牌，在左右相鄰柜門前后各掛紅布幔和“止步，高壓危險(xiǎn)”警示牌后，向調(diào)度匯報(bào)。變電站運(yùn)行人員與工作負(fù)責(zé)人一同到現(xiàn)場對10千伏段電壓互感器進(jìn)行驗(yàn)電，由于電壓互感器位置在9511柜后，必須由施工人員卸下柜后檔板才能進(jìn)行驗(yàn)電，在驗(yàn)明電壓互感器確無電壓之后，運(yùn)行人員許可施工人員工作。由于電壓互感器與避雷器共同安裝在10千伏段母線設(shè)備柜內(nèi)（見附圖3），施工人員在工作過程中，觸碰到帶電的避雷器上部接線樁頭，造成人員觸電傷亡。圖1：附圖2附圖3：（二）開關(guān)內(nèi)設(shè)備接（觸）頭過熱性故障封閉式開關(guān)柜在運(yùn)行中不能打開，因此難以測量運(yùn)行中柜內(nèi)接（觸）頭的實(shí)際溫度，如不及時發(fā)現(xiàn)并處理接（觸）頭過熱性缺陷，嚴(yán)重威脅電力安

6、全生產(chǎn)。固定式開關(guān)柜每個進(jìn)出線間隔共有負(fù)荷電流流過的33或39個接（觸頭），小車移動式開關(guān)柜每個進(jìn)出線間隔共有負(fù)荷電流流過的24個（或更多）接（觸頭）。這些接（觸）頭直接流過負(fù)荷電流，當(dāng)負(fù)荷較大時存在隱患的接（觸）頭就會嚴(yán)重發(fā)熱。由于發(fā)熱點(diǎn)在密封柜內(nèi)，運(yùn)行中的柜門禁止打開，值班人員無法通過正常的監(jiān)視手段發(fā)現(xiàn)發(fā)熱缺陷。一旦觸頭發(fā)熱嚴(yán)重必然造成事故發(fā)生，影響系統(tǒng)安全運(yùn)行。下邊四起故障分析。1. 2007年2月3日23時59分，某變電站10kV電容器組III644開關(guān)跳閘，保護(hù)裝置顯示“過流I段動作”?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，10kV配電室有濃煙，10kV電容器組III開關(guān)柜下部有著火現(xiàn)象。第二天檢查情況：1

7、0kV電容器組III 644開關(guān)柜內(nèi)B相CT和鋁排連接處松動引起發(fā)熱導(dǎo)致該處燒斷和熱縮材料燃燒，A、C相也有放電痕跡。開關(guān)柜無線無源測溫中科微聲測溫傳感器WD/N2. 2009年8月16日晚，某變電站發(fā)生10kV開關(guān)柜故障，燒損多面開關(guān)柜。10kV農(nóng)專線柜（開關(guān)、CT、靜觸頭及套管、母排及相接銅排、母排套管、保護(hù)測控裝置、屏頂小母線、電度表、二次控纜燒損；出線電纜頭輕微灼傷）； A相 B相 C相 開關(guān) 電纜頭及CT 母線 10kV下白貨柜（母排、母排套管、靜觸頭及套管、保護(hù)測控裝置、屏頂小母線、電度表、二次控纜燒損；相接銅排、開關(guān)、CT、出線電纜頭輕微灼傷）； 母排 保護(hù)及二次控纜10kV醫(yī)院

8、柜（母排、母排套管、靜觸頭及套管、保護(hù)測控裝置、屏頂小母線、電度表、二次控纜燒損；相接銅排、開關(guān)、CT、出線電纜頭輕微灼傷）； 保護(hù)及二次控纜 母排故障原因分析：10kV農(nóng)專線開關(guān)柜由于隔離插頭接觸不良，開關(guān)長期在滿負(fù)荷運(yùn)行，觸頭發(fā)熱引起梅花觸頭的彈簧退火變形，失去彈性，造成該隔離插頭接觸電阻變大，運(yùn)行中發(fā)熱燒熔，燒損觸頭周圍的絕緣件，最終絕緣擊穿，造成觸頭相間短路故障。2. 2010年8月12日某變電站#1主變低壓側(cè)631開關(guān)因發(fā)熱造成開關(guān)柜內(nèi)部三相短路燒毀。初步分析是：1#主變 10kV側(cè) 631手車開關(guān)柜內(nèi)斷路器 A相母線側(cè)梅花插頭（上側(cè)）與靜觸頭間接觸不良發(fā)熱，最終發(fā)展成梅花插頭對靜觸

9、頭電弧放電，導(dǎo)致真空斷路器銅觸指嚴(yán)重?zé)龘p，散熱件熔化，穿墻套管燒毀并產(chǎn)生大量的含有金屬離子、碳合物的煙氣，造成母線三相對地短路（見附圖）。開關(guān)柜接線圖斷路器A相觸指被電弧燒損。3. 2006年3月8日，某單位在處理某變電站#1主變10kV側(cè)61A3刀閘缺陷時發(fā)現(xiàn)：、61A3刀閘斷不開，外觀檢查靜觸指存在局部過熱痕跡。、#1主變10kV側(cè)61A1刀閘下斷口A相丟掉兩只靜觸指，靜觸頭夾緊彈簧有過熱的痕跡，C相靜觸頭夾緊彈簧有過熱的痕跡（有三只彈簧熔在一起），C相支柱絕緣子上有被熱氣薰的痕跡。、10kV分段回路6001刀閘下斷口C相丟掉一只靜觸指，靜觸頭夾緊彈簧有過熱的痕跡（有一只彈簧熔在一起），上

10、斷口也存在類似的問題。該變電站該段母線的開關(guān)柜型號為GGX2， 61A1、61A3刀閘和10kV分段回路6001刀閘均為戶內(nèi)高壓旋轉(zhuǎn)式隔離開關(guān)，型號均為GN30-10，4S熱穩(wěn)定電流均為40kA，額定電流：3150A（61A1、61A3刀閘）、2000A（6001刀閘）。動靜觸頭過熱的原因分析：這種刀閘合閘時，靜觸指與靜觸座間有間隙，接觸的點(diǎn)、面少，在通過大電流時，固定靜觸指與夾緊彈簧的螺栓和夾緊彈簧參與分流、導(dǎo)電，造成有些螺栓燒斷（靜觸指丟落的原因）和夾緊彈簧過熱退火，也造成動、靜觸頭接觸不是很好，造成動靜觸頭局部過熱、熔焊。圖1 61A1刀閘C相觸頭的過熱情況 圖2 61A1刀閘A相觸頭的

11、過熱情況圖310kV分段回路6001刀閘的過熱情況 圖4丟落的靜觸指和燒斷的固定靜觸指、夾緊彈簧的螺栓（三）小動物進(jìn)入開關(guān)柜引起短路故障2006年9月14日，某單位某變電站#1主變后備保護(hù)動作，跳三側(cè)開關(guān)。檢查發(fā)現(xiàn)，10kV開關(guān)室煙霧彌漫，10kVI、II段母線聯(lián)絡(luò)柜內(nèi)6001刀閘與10kV母聯(lián)600開關(guān)之間連接線發(fā)生相間短路，10kVI、II段母線聯(lián)絡(luò)柜下柜門被沖開，下柜門上的觀察窗與、斷路器前柜門上電磁鎖被高溫熔化，后柜門下方被電弧燒個洞。10kVI、II段母線聯(lián)絡(luò)柜底部有只毛燒光的死老鼠，隔壁柜（備用柜）底部電纜孔洞未封堵（該開關(guān)柜原為運(yùn)行間隔，配網(wǎng)調(diào)整間隔，該柜內(nèi)電纜調(diào)到其它開關(guān)柜，電

12、纜抽走后孔洞未封堵），10kVI、II段母線聯(lián)絡(luò)柜與隔壁柜間的接地銅排穿孔未封堵。故障原因分析：老鼠從隔壁柜電纜孔進(jìn)入，再經(jīng)10kVI、II段母線聯(lián)絡(luò)柜與隔壁柜間的接地銅排穿孔爬到10kVI、II段母線聯(lián)絡(luò)柜，老鼠活動時引起短路。（四）開關(guān)柜內(nèi)組件絕緣爬距或絕緣距離不足引起開關(guān)柜故障早期投運(yùn)的開關(guān)柜支持瓷瓶及電流互感器等的外絕緣爬距較小，當(dāng)運(yùn)行中絕緣表面出現(xiàn)凝露或有污穢時，系統(tǒng)中出現(xiàn)不高的過電壓或運(yùn)行電壓下發(fā)生絕緣件沿面閃絡(luò)。還存在對地和相間距離不夠，在系統(tǒng)單相接地諧振或雷電等過電壓情況下，直接造成對地或相間擊穿。福建省電力有限公司戶內(nèi)交流金屬封閉高壓開關(guān)柜訂貨技術(shù)規(guī)范（閩電生產(chǎn)2008480

13、號）高壓開關(guān)柜中各組件及其支持絕緣件的外絕緣爬電比距（即高壓電器組件外絕緣的爬電距離與額定電壓之比）相應(yīng)值的應(yīng)用范圍應(yīng)不小于 18mm/kV。單純以空氣作為絕緣介質(zhì)的開關(guān)柜，柜內(nèi)各相導(dǎo)體的相間與對地距離、手車開關(guān)隔離觸頭與靜觸頭絕緣護(hù)罩的凈空氣距離、相間隔板與絕緣隔板的凈空氣距離：12kV為125mm，40.5kV為300mm。戶內(nèi)交流高壓開關(guān)柜訂貨技術(shù)條件（DL 404-1997）規(guī)定：在金屬封閉式高壓開關(guān)柜中，凡采用非金屬制成的隔板來加強(qiáng)相間或相對地間絕緣時，7.212kV高壓帶電裸導(dǎo)體與該絕緣板間還應(yīng)保持不小于30mm的空氣間隙；40.5kV，保持不小于60mm的空氣間隙，且為阻燃材料制

14、成。2008年9月6日，某變電站#1主變差動速斷動作跳閘。從現(xiàn)場檢查分析認(rèn)為：#1主變中壓側(cè)33A開關(guān)柜過壓保護(hù)器的A、B相跳線（從固定鋁排引至過壓保護(hù)器的連接銅線）過長，跳線彎曲弧度較大， A、B相跳線同時側(cè)向絕緣隔板，其跳線與絕緣隔板的電氣距離（最小處）僅5cm左右。A、B相跳線之間的絕緣僅通過絕緣隔板隔離，長時間運(yùn)行中造成A、B相跳線對絕緣隔板放電，絕緣檔板被碳化后，絕緣破壞并擊穿，引起A、B相短路。A相 B相（五）開關(guān)柜組件質(zhì)量（如過電壓保護(hù)器、傳感器等）劣引起開關(guān)柜故障1. 9月30日8時31分，某變電站10kV中亭I線633開關(guān)因過流段保護(hù)動作跳閘。現(xiàn)場檢查10kV中亭I線633開

15、關(guān)柜內(nèi)過電壓保護(hù)器A、B相爆炸，該開關(guān)柜前柜門下柜門被沖開，前柜門中柜門（斷路器前門）輕微變形，柜內(nèi)其他設(shè)備未損傷。開關(guān)柜無線無源測溫中科微聲測溫傳感器2. 2004年11月10日，某110kV變電站因10kV開關(guān)短路引發(fā)10kV母線故障，造成該變電站全停及10kV部分設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞?，F(xiàn)場檢查情況：最嚴(yán)重的母聯(lián)刀閘柜的帶電顯示器傳感器（福州高新高壓電器有限公司產(chǎn)品）燒損情況：發(fā)現(xiàn)A、B相已燒成灰，C相略好；結(jié)合刀閘觸頭燒損情況：C相觸頭基本完好、A相略有燒損、B相最為嚴(yán)重。推測故障是從B相帶電顯示器引發(fā)，導(dǎo)致電弧相間短路。為了進(jìn)一步驗(yàn)證造成本次事故的原因，對開關(guān)柜內(nèi)未損壞的帶電顯示器傳感器，抽兩

16、只傳感器進(jìn)行解剖，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部芯棒填充劑軟化，存在絕緣薄弱點(diǎn)。由于10kV系統(tǒng)出現(xiàn)失地引起過電壓，使傳感器內(nèi)部局部放電，逐步發(fā)展為貫穿性擊穿，造成相間短路。開關(guān)柜無線無源測溫中科微聲測溫傳感器WD/N此外，開關(guān)柜故障的原因還有檢修預(yù)試時在開關(guān)柜遺留工具或短接線接地線、誤操作等。開關(guān)柜故障往往會出現(xiàn)“火燒連營”事故，多面開關(guān)柜被電弧燒毀， “慘”不忍睹。造成事故擴(kuò)大的原因主要有三點(diǎn)：首先，由于開關(guān)柜母線室是連通的，當(dāng)一個間隔故障時，電弧侵犯鄰柜造成“火燒連營”;其次，繼電保護(hù)整定配合不盡合理，保護(hù)動作時間過長或保護(hù)有缺陷不動作靠上一級保護(hù)動作隔離故障，故障時間長造成電弧損害加重;最后一個原因則是高壓

17、電弧故障時引起保護(hù)損壞或直流電源故障，造成保護(hù)失靈，短路長時間不消失，整個高壓室?guī)缀跛械拈_關(guān)柜均燒毀，最后連主變lOkV低壓架空母線都被弧光燒斷，直至越級跳閘，往往連主變也被長時間短路所損壞。二、防范措施：（一）加快老舊開關(guān)柜（如GG1A、GGX2、XGN型等）改造或完善化大修。各單位要按關(guān)于印發(fā)2008-2010年縣供電企業(yè)電氣設(shè)備技改、大修指導(dǎo)性意見的通知（生變2007145號）加大老舊開關(guān)柜技改力度，運(yùn)行時間短、達(dá)不到技改的條件的開關(guān)柜要按省公司完善化方案開展完善化大修。開關(guān)柜內(nèi)絕緣可靠性低的酚醛環(huán)氧類絕緣子和爬距不足的絕緣子安排更換為符合要求的瓷絕緣子。母線加阻燃熱縮絕緣套，絕緣套本

18、身應(yīng)耐受20 U,的交流耐壓，目的是防止小動物爬人柜內(nèi)造成短路,也可防止因煙氣、游離氣體進(jìn)人時空氣間隙絕緣降低造成的弧光短路。（二）做好開關(guān)柜訂貨、出廠前驗(yàn)收、安裝與驗(yàn)收管理工作根據(jù)國際、電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和預(yù)防交流高壓開關(guān)事故措施（國家電網(wǎng)公司生2004641號）、預(yù)防12kV-40.5kV交流高壓開關(guān)柜事故補(bǔ)充措施（國家電網(wǎng)生2010811號）、福建省電力有限公司戶內(nèi)交流金屬封閉高壓開關(guān)柜訂貨技術(shù)規(guī)范（閩電生產(chǎn)2008480號）等文件，做好開關(guān)柜招標(biāo)文件、訂貨技術(shù)協(xié)議的審查工作，開關(guān)柜出廠前赴廠驗(yàn)收，開關(guān)柜安裝調(diào)試過程安排專業(yè)人員開展技術(shù)監(jiān)督工作，組織做好開關(guān)柜投產(chǎn)前的驗(yàn)收工作。把好10kV開關(guān)

19、柜的選型及采購關(guān)。選型要注意開關(guān)設(shè)備有關(guān)參數(shù)是否滿足現(xiàn)場運(yùn)行條件。對開關(guān)柜所配的元件應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)，盡量選用運(yùn)行情況良好的產(chǎn)品；并要求驗(yàn)收時，開關(guān)設(shè)備配置要有各元件試驗(yàn)報(bào)告，特別是帶電顯示器的傳感器的局放試驗(yàn)報(bào)告，杜絕不良設(shè)備入網(wǎng)。（三）加強(qiáng)巡視運(yùn)行管理1. 加強(qiáng)巡視中的安全管理，巡視或操作時應(yīng)嚴(yán)格按照安規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)文本(含標(biāo)準(zhǔn)巡視卡)或 PDA以及操作票的要求進(jìn)行，巡視或操作時著裝應(yīng)規(guī)范，并注意站位。2. 開關(guān)柜操作前應(yīng)確認(rèn)柜內(nèi)斷路器和隔離開關(guān)的實(shí)際狀態(tài)，進(jìn)行倒閘操作時，應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)視設(shè)備的動作情況，如發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)卡澀、動觸頭不能插入靜觸頭、合閘不到位等，應(yīng)停止操作，待缺陷按規(guī)定程序消除后再行操作。3.

20、 對防誤、防爆等功能不符合規(guī)范要求的開關(guān)柜，應(yīng)逐一列出清單，做好危險(xiǎn)點(diǎn)分析和預(yù)控措施，納入紅線設(shè)備管理，并根據(jù)紅線設(shè)備要求在開關(guān)柜面板上張貼標(biāo)識，有計(jì)劃地安排改造。4. 巡視中應(yīng)注意開關(guān)柜的門和面板是否鎖緊，對螺栓丟失、損壞的，應(yīng)及時上報(bào)缺陷處理。5. 嚴(yán)格按照福建省電力有限公司高壓帶電顯示裝置管理規(guī)定的要求，做好開關(guān)柜帶電顯示裝置的巡視和維護(hù)工作，確保帶電顯示裝置工作正常。6. 對重負(fù)荷的開關(guān)柜，應(yīng)重點(diǎn)巡查。無法開展柜內(nèi)測溫的開關(guān)柜，可檢查柜體溫度是否異常。7. 加強(qiáng)保護(hù)定值及壓板投退管理，避免由于定值或壓板投退錯誤造成事故擴(kuò)大。8. 在開關(guān)柜配電室配置通風(fēng)、防潮設(shè)備和濕度計(jì)，并在梅雨、多雨季節(jié)或運(yùn)行需要時啟動。（四）加強(qiáng)檢修維護(hù)管理1. 開關(guān)柜檢修重點(diǎn)對觸頭接觸情況（有無過熱變色的痕跡）、柜內(nèi)電氣主回路連接螺栓緊固、傳動部件軸銷的固定情況、機(jī)構(gòu)輔助開關(guān)接觸、操作機(jī)構(gòu)手車軌道及閉鎖裝置部件是否有機(jī)械變形或損壞等情況等進(jìn)行檢查。對于變電站電容器組等操作頻繁的高壓開關(guān)柜要適當(dāng)縮短巡視檢查和維護(hù)周期。2. 已運(yùn)行的開關(guān)柜結(jié)合停電檢查，開關(guān)柜底部以及柜與柜間孔洞是否封堵，有無小