黄维勤
（广东电网有限责任公司潮州潮安供电局广东潮州521000）
摘要：开关柜的使用不仅能为电力系统的稳定运行提供保障，还能在不同故障状态下采取断开连接动作，对于保证工作人员与设备的安全也具有重要的作用。然而在实际运行中，由于接触不良或设计缺陷等原因，开关柜经常会出现绝缘失效、导电回路发热等故障问题，这在一定程度上影响了开关柜的工作质量及使用寿命，严重时还会导致电力系统故障问题。所以加强有关10kV开关柜故障及防范措施的研究，对于改善高压开关柜运行质量具有重要的现实意义。
关键词：10kV；开关柜；电气故障；处理
一、10kV开关柜概述
10kV开关柜的主要部分包括真空断路器、就地安装的微机保护装置、电流互感器、操作回路附件（把手、指示灯等）、各种位置辅助开关。其中，断路器与电流互感器安装在开关柜内部，微机保护、附件、电度表安装在继电器室（沿用以前的叫法，其实已经没有继电器了）的面板上，端子排与各种电源空气开关安装在继电器室内部，端子排通过控制电缆或专用插座与断路器机构连接。例如，KYN28A（GZS1）中置柜是城区变电站使用最多的10kV开关柜型式，从正面看，它明显分成三部分，最上面是继电器室，中间是断路器室，下面是空室，母线等高压设备安装在背面的柜体内，如下图所示。
二、10kV开关柜电气故障类型
2.1相间短路故障
当配电线路出现单相接地故障时，导致电压互感器铁芯过于饱和，会使为发电机等设备提供工作磁场的励磁电流剧增，从而导致高压熔断器熔断。这种情况如果不及时处理，遇到阴雨天会使器件潮湿，减弱绝缘水平，最终导致击穿现象。更甚者，在出现单相击穿后，由于组容吸收器接地电阻过大而出现的局部过电压会导致临近一相击穿，进而引起两相相间短路。最终出现出线柜与进线柜相继跳闸，烧毁真空开关下的侧母线。如果再发生电弧飞狐现象，将在两相相间的基础上造成三相相间短路，就容易出现熔断器熔管爆裂炸碎，肌柜的柜门被炸飞等，造成的后果相当严重。
2.2电压互感器高压熔断器熔断
电压互感器高压熔断器熔断是开关柜较易出现的故障之一。根据欧姆定律，功率为电压的二次方与电阻的比值，因此在电压一定的情况下，功率与电阻呈反比例关系，当电阻值不断减小时，功率会不断上升，长时间大功率状态下熔断器将过载，结果熔断。因此，为了避免熔断器发生熔断，需衡量熔断器及运行电流的匹配程度，当熔断器容量偏小时熔断器极易发生熔断。此外，单相接地系统中铁芯过饱和时励磁电流将增大，也会引起熔断器的熔断故障。由于消谐装置存在一定的延迟性，因此难以与低频饱和电流进行匹配，也就难以起到防熔断的作用。其次，铁磁的简谐振动也会引起熔断器熔断故障，由于开关柜单相接地故障会引发铁磁谐振过电压，回路铁磁元件将损耗电阻，对于铁磁谐振过电压造成一定的限制，同时铁磁谐振也会降低电压互感器的感抗，在大电流的作用下引发熔断器熔断；再次，在线性简谐振动情况下电感及电阻将形成串联回路，当自振频率与电源频率相近时将出现过电压故障，产生电压谐振，最终导致熔断器熔断故障。熔断器熔断故障主要包括线性简谐振动、铁磁简谐振动以及单相接地等熔断类型。其中，线性简谐振动熔断类型中，串联电路等值自振频率近似于电源频率，因此电容元器件将出现高强度电压，引起线性简谐振动，而在振动过程中电流及电感电容元件受电阻的影响而引发熔断；铁磁简谐振动通常为单相接地故障引发的，铁磁元件电阻损耗将导致过电压，在铁芯的饱和效应限制下形成铁磁简谐振动，并导致电压互感器功能下降，造成电压互感器熔断；单相接地熔断故障在10kV开关柜中较为常见，主要是互感器铁芯的过饱和所导致的，进而造成工作磁场的故障，引发消谐装置响应延迟，消谐装置难以发挥正常功能。
2.3发热问题
电气连接点的发热问题，可能会发生在配变进线柜和母联等设备上，这些设备都是大电流的开关柜。随着近几年用电客户的增多，供电压力也越来越大，供电设备的负荷也在不断增加，一些环节的电气连接不良，设备运行会出现发热进而引起温度过高引发恶性循环，出现绝缘损坏情况，然后放电短路将开关柜烧毁，严重的会造成母线故障。主要发热的地方有三个：第一，断路器的发热，断路器触臂上的触头和灭弧室上下部接线座部位容易发热，所以触头的质量十分关键，如果触头质量不好则会导致弹簧针特性变坏。断路器小车触头臂长度不适宜也会导致发热；第二，隔离开关大多安装在固定柜中，隔离开关在安装时保证合理的接触面积和接触压力能够保障隔离开关的良好接触，但由于一些原因的影响不能保证良好的接触，如本身质量问题、柜体安装精度等。10kV开关柜的隔离开关利用锁紧机构动作使滑块带动连杠运动来保证接触压力，所以柜体内的加工精度不够导致在合闸时造成单面接触。单面接触会造成不断地恶性循环，最终连杆熔断，相互间形成短路；第三，其他部分，如铜铝连接的地方没有经过处理、穿柜套管的样式以及铜铝排的连接等。
三、开关柜电气故障的原因
3.1设备与材料的质量因素
质量因素包括两个方面，一是电力设备质量，二是电力材料质量。在电力工程建设中，会用到多种不同的材料设备，这些材料设备的质量如何，对系统的安全性与稳定性有着直接性的影响，对发电、供电的质量也会造成影响。目前10kV高压开关柜的故障，隔离触头质量不合格，可引发手车柜隔离触头由于接触不良而引发电弧故障。10kV高压开关柜设备的安装及检修工艺低，非但无法确保设备的安全，而且还可能会增加不安全因素。其中，各出线与母线安装或检修的工作量大，如果个别母排连接螺栓固定不牢固，在运行中，连接处的发热症状可能会比较严重，在此条件下，就大幅增加了整段母线与各处线做停电处理的可能性。
3.2绝缘因素
10kV高压开关柜的绝缘能力对高压开关柜的影响是很大的，如果绝缘能力不足，可导致发生故障。目前市场上各种电力产品的质量有高有低，而在电力工程中，如果使用了低质量的产品，就会影响开关柜的绝缘性能。如PT手车、避雷器手车等尺寸、外观与元器件的配置不相符，在实际运行过程中，可能由于外界因素的干扰，导致其性能降低。此外，如果＜10kV电压等级成套设备回路主回路规格、联络桥铜排规格各不相同，此时，绝缘能力的提升，只能依赖于增加冷缩管、热缩管数量，可由于电力系统内高负荷运行，可直接造成铜排的损坏，使得绝缘层老化速度加快，可间接造成严重的放电事故。
3.3操作因素
10kV高压开关柜中的断路器，为一次性主体设备，在运行过程中，其内部的运行环境为高电压、大电流的环境，因此对设备运行极有可能产生不良的影响，主要表现在以下几方面：一是柜体机械强度不足，发生短路时，由于点动力作用使开关与柜体发生位移，进而形成电弧，甚至会引发爆炸；二是动触头或者静触头，由于长时间使用，两种触头之间产生相互摩擦，造成接触点或接触面减少，引发触头不良状况；三是在安装设备过程中，由于操作不当，对设备结构的完整性造成破坏，比如动静触头插入不规范，可能由于接触电阻过大而出现故障。
四、10kV开关柜电气故障处理
4.1相间短路的处理
第一在开关柜中安装除湿设备，这样柜内设备的绝缘水平会保持在一个比较高的水平上，干燥的环境有益于减少击穿概率；第二是按照设计要求进行开关柜的安装，接地电阻不宜过大，避免出现局部过电压。开关柜柜体和柜内的设备要接地，可以防止单相接地时发生电弧飞狐导致相间短路；第三是在开关柜的配电器件中，容易损坏的是电压互感器，所以对其应该进行定期的检查维修更换；第四是要保证母线的绝缘性能良好，最好用和开关柜同等级的热缩绝缘套管包裹开关柜内裸露的小偷和母线，对母线的绝缘处理要十分重视，防止母线相间短路和烧毁。
4.2对电压互感器高压熔断器熔断的处理
首先是用零序电压互感器的方法，其固有电阻具有消谐作用，可以改变现有的接线模式来达到抑制谐振的目的；第二是在开口三角绕组加装阻尼，能够减少谐振的发生，简单易实现。在开口三角绕组处加装阻尼的主要原因是这样做电压互感器的容量会随着一次测电流的增大而增大，能够很好地抑制谐波。但是如果电压互感器超载则会导致保险丝熔断；第三是通过改变参数来改变谐振频率。改变XCO参数可以抑制谐振，方法是在变压站的母线上增加出现或集中电容器，改变XL参数也能够抑制谐振，方法是选择的电压互感器伏安特性要好，单相接地时铁芯不易饱和，励磁电流不会增加，谐振不容易发生。开关柜在正常的运作时，消弧线圈的作用十分关键，能够完全消除铁磁谐振并且如果能进行合理安装的话，还能够防止过电压。空电波母线合闸充电产生的谐振可以在合闸前合上一条空载线路，能够有效避开谐振；第四是高压侧中性点加装电阻，在电压互感器中加装电阻能够起到很好的抑制作用，这和开口三角绕组加装阻尼的方法是相似的。
4.3加强对老旧设施的改造和更换
对容易出现发热现象的部位进行定期的检查，防止严重事故的发生。选择开关柜时要选择合适的开关柜，开关柜内的设备设置要合理，精度要高。
4.4做好定期管理维护
应根据设备运行状况制定合理的检修计划，定期进行隐患消除；设备检修后要进行整定测试，做好保护接线、操作机构整定值及压板位置的检查管理，避免由于维护不当引发设备事故；在设备检查时若发现设备工作异常，要观察设备的温度、振动、颜色等运行指标，在此基础上进行诊断测试；要对光字牌、表计、音响、信号等监控设备发生的异常问题进行全面分析，瞬时故障问题要做好监测预防；要对设备缺陷进行跟踪监视，掌控缺陷故障问题的发展规律；对于刚安装好的设备加强调试，确保施工及检测质量；要采用红外测温仪等专用设备对开关柜的导电回路进行带电测温，若出现温升变化过快的情况应调整此台开关柜的符合，以防止温升升高过快。
五、结语
总之，通过对lOkV开关柜发生电气故障的原因并给予了相关处理策略，在一定程度上降低了故障所造成的损害，减少了经济上的损失，同时也维护了设备安全系统，保证了设备的安全运作。今后，要及时地做好开关柜电气的检测，将不良因素的影响降到最低，使效益达到最大。
参考文献：
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作者简介：
黄维勤（1975--），男，广东潮州人，助理工程师，广东电网有限责任公司潮州潮安供电局登塘供电所运维班技术员，研究方向：变电和配电的运行维护及检修。