10kV手车式开关柜常见故障分析

10kV手车式开关柜常见故障分析
发表时间：2019-03-06T09:37:01.797Z 来源：《基层建设》2018年第36期作者：郭国化任圣雄潘杰
[导读] 摘要：本文主要介绍了10kV开关种类，并针对手车式开关常见故障进行分析总结，提出对10kV开关柜现场常见故障的预防处理措施，为变电运维现场设备安全运行提供参考依据。

国网江苏省电力有限公司南京供电分公司江苏南京 210013
摘要：本文主要介绍了10kV开关种类，并针对手车式开关常见故障进行分析总结，提出对10kV开关柜现场常见故障的预防处理措施，为变电运维现场设备安全运行提供参考依据。

关键词：10kV；手车式开关柜；故障
Analysis of the Common Fault of the 10kV Handcard Switch Cabinet
GUO GuoHua，REN ShengXiong CAO JinLing，WANG Qiang
（State Grid of Nanjing Power Supply Company，Jiangsu Nanjing 210013，China）
Abstract：the paper mainly introduces kinds of 10kV switchs，and analyses the causes of common fault of the handcard switch cabinet；the paper puts forward prevention and treatment measures of the comman faul of 10kV handcard switch cabinet，and the paper provides some references for safe operation of equipments.
Key words：10kV；handcard switch cabinet；fualt
1引言
20世纪90年代，中国绝大部分城市电网中的10kV开关柜固定式、半封闭式，这种结构型式的开关柜，结构简单，方便维护，安全性能好，但其缺点明显，体积庞大，占地面积大，分断能力差，随着城市规模的扩大的发展，负荷电流的增大，这种占地面积庞大，分断能力不强的开关柜，越来越不适应时代的发展，到90年代后期，逐渐被淘汰，取而代之的是一种移动式的开关柜，分为两种：一是手车式，二是抽屉式，手车式开关柜停电检修时，只需将小车开关拖出柜体，不必加装接地线或合上接地刀闸，便于维护和检修，且占地面积小、投资少、运行安全可靠，广泛应用于110kV和35kV变电站的10kV出线配网中。

10kV手车式开关柜为全封闭式，框架和外壳为敷铝锌板，机械强度高，抗强氧化和腐蚀，其一次设备分别分布在母线室、开关室和出线室三个相互独立的隔离内。

10kV开关柜的故障，最小的伤害是该条出线上的用户停电，如果开关拒动，甚至会造成主变保护动作，全站失电，造成大面积停电，所以10kV手车式开关柜的安全运行对用户及供电企业来说都至关重要。

本文主要针对目前110kV及以下变电站10kV设备区手车式开关柜常见故障进行分析总结，并提出预防与处理措施，为高压设备正常运转提供参考。

2常见故障及原因分析
变电站10kV手车式开关柜由于与用户直接相连，更容易发生事故和故障，经过多年的运行分析发现，变电站10kV手车式开关柜故障类型分为以下：一、绝缘故障；二、开关拒动故障；三、发热故障。

2.1 绝缘故障
常见的10kV手车式开关柜绝缘事故有以下几种：（1）外绝缘对地闪络击穿；（2）相间绝缘闪络击穿；（3）支持瓷瓶的击穿闪络；（4）过电压造成绝缘闪络。

现场运行10kV手车式开关柜的占地面积小，10kV部带电部位的相间和相对地距离校小，国内有关标准规定为125mm，有的设备生产厂家为了缩小开关柜的整体宽度，在达不到125mm绝缘距离时，采用加装绝缘隔板的方法来加强绝缘，绝缘隔板的材料多采用环氧酚醛玻璃布板和SMC阻燃板，这些绝缘隔板的应用随之带来新的问题，一容易受潮，特别是在凝露环境下；二带电部分距离绝缘隔板空气间隙小；三采用金属构件组装的绝缘隔板，爬电距离变小。

加装绝缘隔板的开关柜，在正常条件下能满足工频耐压要求，但在空气过于潮湿的情况下，由于其绝缘电阻出现骤降，使空气-固体复合绝缘中，固体绝缘承受电压下降，空气绝缘承受电压升高，空气局部放电和击穿概率大大增加，很可能发展为相对地或者相间的绝缘击穿闪络事故。

过电压造成的绝缘击穿分为以下类型：一是最常见的PT饱和过电压，二是电容传递过电压，三是断线谐振过电压，四是雷击过电压，这些过电压都会对10kV开关柜的绝缘结构造成破坏，造成小车开关的故障，严重时发生绝缘击穿，开关烧毁事故。

2.2 开关拒动
10kV手车式开关柜开关拒动，分为开关拒分故障和开关拒合故障，两方面的故障都使开关无法正常操动，引起上级保护动作，扩大停电范围，严重时导致开关发热爆炸，造成设备损毁，甚至人员伤亡，总结其原因分为以下四种：一是机械因素造成的开关拒动，二是回路故障造成的开关拒动，三是保护装置造成的开关拒动，四是电流互感器饱和引起开关拒动。

机械原因造成的拒动主要分为：操动结构动力和机械卡塞。

操动机构动力不足主要存在老旧设备中，尤其是用于电容器的开关柜，由于电容器长期频繁操作，分闸弹簧很容易弹性减弱，分闸搭扣板接触点小，造成开关拒动；机械卡塞主要出现在半轴转动处，收到分闸信号后，由于半轴转动出现卡塞，扇形板无法突破半轴约束，造成开关拒动。

10kV手车式开关柜未接地或者接地不良，发生事故时会导致高压串入控制回路导致直流熔丝熔断，从而造成开关拒动；直流回路的故障也会导致开关拒动，如图2.1所示，A、B两点短路，发出跳闸信号，跳闸线圈YT被短路，信号无法经过YT跳闸线圈启动开关跳闸，从而发生开关拒分故障；A、C两点短路，合闸信号无法通过KCF1和节点1和2的KCF，从而无法启动合闸线圈回路，导致开关拒合。

图2.1 控制回路二次接线图
目前变电站10kV开关柜的保护均采用微机保护装置，实际运行经验表明，微机保护安全系数高，运行情况良好，正确动作率高；现场发现因保护装置造成的开关拒动，分为CPU错乱、程序设计错误、逻辑错误、新版本功能无法植入设备、运行维护时接线错误、元器件制造质量问题、装置防干扰功能不满足运行要求等都会造成10kV开关柜的拒动。

电流互感器是将一次设备的大电流按一定比例降为5A或1A小电流，供给计量仪表和继电保护装置的电流线圈，使计量和保护功能正常运转。

电流互感器正常运转的基本条件是：系统中的最大短路电流与正常负荷电流的比值在一个正常范围内，如果过大，将会导致电流互感器严重饱和，影响计量和保护功能。

随着系统容量的增大，某些结构设计很不合理的局部小型网络，可能会出现短路电流过大导致电流互感器饱和的情况，例如大用户距离变电站近，所需负荷很大，而电缆线路阻抗比较小，如果在在用户侧发生相间短路故障，变电站馈线过流保护可能会因电流互感器（TA）饱和而拒动，从而引起主变低后备动作，跳开10kV母线开关，造成10kV一段母线失电，扩大停电范围，造成大面积停电事故。

2.3 发热故障
10kV手车式开关柜在正常运行时，长时间有大电流通过，电流通过电气连接点，由于接触电阻的原因，一部分电能转换成热能，导致接头处温度升高，当发热速度高于接头处散热速度时，接头处温度会高于有关运行标准的规定，表现出温度异常升高，设备材料的物理和机械强度急剧下降，严重时会引发火灾或开关烧毁。

10kV手车式开关柜的发热主要表现在三个方面：一、断路器发热，二、隔离开关发热，三、其它电气连接点发热。

10kV开关柜属于金属封闭的铠装柜，开关小车的触头和灭弧室上下部接线座是最容易引起发热的部位。

可分的接触的开关小车触头，采用弹簧压紧接触形式，这对触头的质量要求很高，动触头的组成是由一片片触指组叠而成，每个触指内含有一根弹簧针，如果触指组装不平整不完备，触指强度达不到要求，则动触头和静触头不能完美的结合，经常会因为其中一两个触指突出而使触指和静触头接触不好，导致接触电阻增大，而出现发热现象，发热进一步使弹簧针特性变坏。

隔离开关的发热现象，主要是因为刀闸本身质量、开关柜体的装配精度、现场的调整试验存在问题导致隔离开关有关的接触面积与接触压力达不到有关标准，刀闸合闸时造成单面接触，接触面积减小和接触压力下降，导致导致接触不良好，接触电阻增大，发热加剧，发热的增加进一步减小接触压力，造成恶性循环。

装配10kV开关柜中，装配工艺的差异也会造成异常发热现象，例如铝牌（铜牌）接触面积不大、铜铝连线的地方没有经过特殊处理、铜铝无法交叉连接而采用简单的重叠连接等这些都会导致局部发热严重，导致异常温升，在装配过程中要特别注意这些细节，运行过程中对可能发热的部位，采用红外测温仪进行定期检测。

根据现场实际运行经验表明，发热故障的原因主要分为以下几个方面：一、负荷急剧升高，二、检修人员操作不当，三、设备老化，四、设备连接安装工艺不当。

正常运行状况下，高压设备温度不会超过75℃，在负荷增加过多，或者发生短路情况下，设备的薄弱连接处就会产生大量热量，导致异常温升，发热会导致连接处材料变形或者氧化等，严重者会导致接头熔断事故。

开关手车在进行检修时，需要拆开部分连接点，检修结束后，实际运行经验发现，个别工作会出现漏装螺栓接头，在负荷较小时不会出现问题，负荷增高时，发热现象会出现，事故的主要责任是检修人员责任落实不到位。

现场变电站中，有很多运行年限超过10年限的10kV开关柜，随着设备的长期运行，设备各接头处的老化概率增高，设备发热现象也会相应增加。

10kV开关柜的安装调试过程中，安装工艺不合格会导致10kV开关柜存在故障隐患。

10kV开关柜内部手车式开关动静触头进行安装时，如果未按安装工艺进行，容易导致手车式开关动静触头发生“虚接”现象，造成接触电阻过大，导致开关柜发热。

3 改进措施
新设备验收程序要严格，对采用新型绝缘材料的柜体要增加新设备绝缘试验，运行过程中要加强防潮驱湿。

开关的保护测控设备校验合格，运行中加强巡视监护，对设备二次接线及端子排定期进行巡视清扫，防止出现短路现象，对开关机械构造结合停电计划进行小修预试，严防机械卡塞造成开关拒动。

加强对运行中设备分接头处红外测温检验，定期制定巡视计划，防止设备过热损害，对已经出现过热的设备，制定停电检修计划。

4结语
本文对系统中10kV手车式开关柜的各种常见故障进行分析总结，从实际运行经验和厂家设计标准入手，系统分析了10kV开关拒动、误动、异常发热等原因，并结合运行实际提出整改意见，为设备安全运行提供参考意见，为防止10kV开关柜故障发生提供可借鉴经验，减少故障发生，提高设备运行稳定性。

参考文献：
[1]陈国栋. 10kV 小车式封闭开关柜内接头发热原因分析及预防[J]. 科技创新导报，2008，3（5）：66-68.
[2]孔健. 变电站 10kV 高压开关柜状态检修要点研究[J]. 电力技术，2010，15（5）：219-220.
[3]黄睿，张波，张继承. 变电站 10kV 开关拒动因素探讨[J]. 四川电力技术，2007，30（6）：28-32. 作者简介：
郭国化（1989），男，河南商丘人，助理工程师，从事变电站运维工作。