兩起因開關柜內帶電顯示器故障引起主變跳閘事件的反思

王連輝

（福建泉州電業局，福建 泉州 362000）

2012年9月10日15時40，某一縣公司城區出現強雷雨天氣，管轄110kV樂陶變電站#2主變差動保護動作跳閘，10kV Ⅱ段母線失壓。經故障檢查是站內35kV高壓室內35kVⅡ段母線開關柜高壓傳感器端部對開關柜外殼放電形成相間短路引起的。

2012年10月27日4時12分，某一縣公司110kV東石變電站#3主變10kV側復壓過流動作，10kV Ⅲ段母線失壓。故障原因是高壓室內10kV 60M開關柜柜內A相電壓傳感器（向帶電顯示器提供電壓用）局部放電燒毀爆炸引起。

1 故障情況分析

1）第一起故障，經組織調查分析，確認此變電站 35kV高壓室處于地面一層建設，該變電站地處山區縣城，長年濕度較大，開關柜內有輕微受潮使得其絕緣強度降低，雷電過電壓造成#2主變 35kV 302開關柜內主變進線電纜三相傳感器端部對開關柜殼體均有很明顯的放電痕跡，三相 CT與開關手車下靜觸頭座的連接銅排對靜觸頭座外殼也有放電痕跡。具體情況如圖1、圖2所示。

圖1 35kV 302開關柜內支柱絕緣子與進線電纜結構圖及一次接線圖

圖2 開關柜內三相支柱絕緣子對絕緣隔板等放電痕跡

根據故障點實際情況，三相短路點處于#2主變差動保護范圍內，差動電流 23.856A（超過定值18.82A）引起主變差動保護動作跳三側開關。保護錄波圖如圖3所示。

圖3 故障時主變錄波三側電流波形圖

經查詢雷電定位系統，當時龍門灘鎮與三班鎮靠近樂陶變電站處有一強雷電（雷電強度28.5kA）。綜合現場專業檢查及天氣情況分析，確認此次故障原因是強雷電入侵樂陶變35kVⅡ段母線，因開關柜內有輕微受潮使得其絕緣強度降低，雷電過電壓造成#2主變302開關柜內三相高壓傳感器端部對開關柜外殼放電形成相間短路，短路點又位于#2主變差動保護范圍內引起主變跳閘。

主要存在問題，檢查開關柜帶電顯示器全部采用支柱絕緣子分壓電容抽取方式，長期以來此帶電顯示器未定期試驗，其中 35kV#2主變開關柜內主變進線電纜處也裝有高壓抽取式傳感器的支柱絕緣子，處于主變差動保護范圍。同時，樂陶變 35kV高壓室雖裝設有三臺空調，但因高壓室空間較大（162m2，約800m3空間），除濕效果不很理想，檢查各開關柜都有不同程序輕微受潮。當然，對于雷擊為什么導致變電站內過電壓，還要對變電站內的防雷設施及各線路避雷器動作情況再排查，提出相應的防范措施。

2）第二起故障，經現場調查分析確認，故障原因是東石變 10kV Ⅲ-Ⅳ段母分 60M 開關柜柜內 A相電壓傳感器（向帶電顯示器提供電壓用）局部放電燒毀爆炸，致使開關柜柜內充滿電離氣體，三相相間及對地電氣絕緣程度同時下降，后續引發10kV母線三相相間及對地短路引起劇烈爆炸，東石變#3主變高后備過流動作，持續時間2s左右，后將開關柜泄壓蓋板沖開，同時，故障引起10kV母分60M斷路器 A、B相支柱絕緣材料著火燃燒引發小的高壓室火災現象，經消防人員配合處理，最終故障得到控制。

經廠家配合對A相傳感器進行解體分析，發生局部放電的主要原因為絕緣老化，其過程受電應力、熱應力、機械應力及絕緣材質劣化等原因影響。該現象造成A相傳感器燒毀爆炸，引起開關柜內空氣電離，導致三相及對地短路，產生劇烈爆炸致使開關柜泄壓蓋板沖開，開關柜兩側側板燒穿，短路持續 1.6s，斷路器 A、B相支柱絕緣材料陸續起火燃燒（期間曾出現系統單相接地報警），絕緣材料燒穿后A、B相相間短路持續1.6s后另一臺主變進線柜過流保護動作，切斷所有外來電源，避免了事故的進一步擴大。故障開關柜內一、二次設備燒毀情況如圖4所示。

圖4 故障開關柜一、二次設備燒毀情況

2 事故反思

對以上兩起事故發生，經調查分析雖然有因開關柜受潮嚴重、長期運行后支柱絕緣子絕緣耐壓水平下降，受系統雷擊影響過電壓引起放電故障的因素，但故障的直接原因都是接觸式帶電顯示裝置故障引起的。通過對運行維護、設備反措等方面綜合分析，主要暴露生產管理上的問題：

1）長期以來高壓帶電顯示器運行維護不足，未納入主設備同等對待，未嚴格結合設備停電例行試驗時同步校驗。

2）近年來系統內外已發生多起中低壓開關柜直接接觸式高壓帶電顯示器故障引起設備故障跳閘，我省公司專門制定了《高壓帶電顯示裝置管理規定》（閩電安〔2005〕780號）和《福建省電力有限公司變電站防誤典型設計方案》（閩電安監〔2007〕358號），提出原則上入網設備應使用感應式帶電顯示裝置，但實際運行中，反措執行還不到位。

3 反事故措施

基于以上分析和暴露問題，本文就開關柜內設備受潮引發故障，以及高壓帶電顯示裝置的管理，從設計、安裝及運行維護方面提出針對性防范措施。

1）整體開關柜帶電顯示設計必須滿足 GB 25081—2010《高壓帶電顯示裝置（VPIS）》要求。開關柜一次設備接線方式要按國網公司典型設計標準的要求執行，全部選用感應式帶電顯示裝置，還應特別注意有電閉鎖程序滿足要求。對于我省中低壓開關柜設計選型方面，要嚴格按照《高壓帶電顯示裝置管理規定》（閩電安〔2005〕780號）、《福建省電力有限公司變電站防誤典型設計方案》（閩電安監〔2007〕358號）和《關于修訂省公司變電防誤典型設計方案有關條款的通知》（閩電安監〔2009〕503號）文件要求執行，原則上嚴格執行國網公司十八項反事故措施要求，高壓帶電顯示裝置應采用非接觸的感應式高壓帶電顯示裝置，防止因高壓帶電顯示裝置傳感器故障造成開關柜本體一次設備短路故障。感應式帶電顯示裝置凈空距應不小于125mm/10kV、300mm/35kV要求。

2）安裝試驗方面。感應式帶電顯示裝置顯示定值校驗必須滿足：當對地的實際電壓在標稱相電壓的40%至其額定線電壓110%之間時，對應于顯示應為“有電”；當線對地的實際電壓小于標稱相電壓的15%時，對應顯示應為“無電”；感應式帶電顯示裝置應通過EMC試驗：以三相運行、單相接地的形式重復；感應式帶電顯示裝置，42kV/10kV、85kV/35kV耐壓試驗無需增加任何保護措施。高壓帶電顯示裝置的顯示單元應有可靠的保護措施，如裝設限壓裝置，在出現主回路絕緣破壞時，顯示單元不會出現危險的電壓。感應式高壓帶電顯示裝置傳感單元的輸出端與主回路之間應有足夠的絕緣水平，支柱絕緣子式（瓷絕緣或復合絕緣）高壓帶電顯示裝置的絕緣水平應滿足表1所示要求。

表1 支柱絕緣子式高壓帶電顯式裝置絕緣水平要求

3）運行維護方面。高壓帶電顯示裝置必須按主設備同等對待，日常缺陷及檢修管理按一次主設備同標準進行。運維部門要完善各站各開關柜帶電顯示器設備臺帳，日常運行巡視必須與主設備同步納入巡視維護內容。嚴格缺陷管理標準。各開關柜帶電顯示裝置應同步列入開關柜狀態檢修范圍，結合設備停電開展相應停電校驗工作，可以與鎧裝式KYN開關柜內的電流互感器或電纜試驗同步進行，有關一次設備試驗報告記錄帶電顯示器相應的啟輝和熄滅電壓值，并錄入生產管理系統記規范試驗記錄管理。

4）對于老舊運行的直接接觸式高壓帶電顯示器列入年度技改大修計劃，全部更換為感應式帶電顯示裝置。原則結合帶電顯示器故障缺陷處理，直接更換為合格的感應式帶電顯示裝置。尤其是啟輝電壓不合格（該亮不亮）應在3年全部更換完畢；凈空距離不足的，應結合停電進行耐壓、啟輝和EMC試驗，對于存在家族性缺陷的設備，應結合停電。其中對于安裝于高壓母線直接接觸電式帶電顯示器或主變差動范圍內的帶電顯示器，抓緊更換為感應式帶電顯示器。

5）因本文也提出有關高壓開關柜受潮引起設備絕緣強度降低，系統過電壓引起設備故障，這里也對高壓室開關柜防潮防凝露問題，提出以下防范措施：

（1）高壓室盡量考慮高層安裝，如處于地面一樓室裝設，可將 10kV電纜溝地面鋪設或加設電纜層，確保電纜溝不進水、不積水、少凝露。

（2）要采取有效措施確保電纜溝內無明顯積水。如對各高壓電纜進出入孔洞要做好封堵，電纜小室孔洞、二次接線盒和底部多余的孔洞的封堵工作，要用憎水性材料進行封堵，甚至可采取電纜孔洞和開關柜底部接縫處用噴涂PRTV的方式加強封堵，利用其延展性徹底封堵，還可采用砂墻墊高開關柜進行隔離。地面下的所有電纜溝通設置統一的排水通路，對各高壓電纜入口統一朝向傾斜，在遠離開關柜設置排水出口，位置在電纜進口的最低點，高壓室電纜溝比戶外電纜溝高 50mm。如整個站排查設備不暢，可以設置積水坑，在積水坑中配裝深水泵自動進行排水。每年做好變電站等電纜溝定期清洗工作，確保電纜溝排查通暢、不積水。如各雨季前后開展檢查，及時發現并處理電纜溝進水情況。

（3）做好高壓開關柜防潮防凝露措施。對中低壓開關柜內不同功能隔室應滿足IP20要求，對手車小室內的靜觸頭進行封堵板。要確保開關柜柜內驅潮裝置安裝合理、規范，集中式加熱方式按常熱與手自一體的溫濕度控制配合使用，一般中低壓開關柜電纜小室至少配置分布式長熱加熱板：10kV開關柜50W×2，35kV開關柜50W×4，并分布式安裝。同時，驅潮裝置功率要足夠（數量、位置可根據箱體大小和形狀確定），一般集中式長熱可按0.15W/L，驅潮裝置按 0.20W/L設計或采用分布式長熱可按0.10W/L，接觸溫度不超過70℃，連續壽命不小于 100000h，并有防止失效（加熱、脫落）措施），確保驅潮裝置正常工作，保證電纜小室、斷路器小室溫度高于外界3～5℃。

（4）對于一些靠山區或海邊變電站，常年濕度大，開關柜內凝露嚴重，要考慮開關柜室內裝設除濕防潮裝置，如工業抽濕機、空調（具備抽濕功能）、暖氣等設施，根據季節性特點投入運行，能加快清除高濕度空氣速度，保證高壓開關柜有良好運行環境。

4 結論

本文基于兩起典型開關柜內帶電顯示器故障引起主變跳閘的事件原因分析，對照GB 25081—2010《高壓帶電顯示裝置（VPIS）》和國家電網生〔2012〕352號《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》（修訂版）要求，總結我局設備運行管理經驗，從設計、安裝試驗、運行維護等方面提出相應防止開關柜內高壓帶電顯示裝置問題引起設備故障的反事故防范措施，同時對高壓開關柜防潮防凝露措施提出一些改進措施，進一步完善防范開關柜設備故障的綜合反事故措施，對于保證電網設備安全運行有很好的借鑒意義。