10KV開關柜電氣故障分析與處理

王春龍

(成都雙流國際機場股份有限公司， 四川 成都 610220

0 引言

近年來，我國經濟社會不斷發展，電力系統的負載也逐年增加，電力技術呈現快速發展趨勢。對于實際運行中缺陷及故障的分析可以有效提升系統運行的安全及穩定性能，避免故障問題的再次發生，提升電力系統運行可靠性。文章對于電力系統開關柜運行故障進行了深入的探究，并對于其發生原因進行系統化分析，基于出現的問題提出建設性意見。

1 10 KV開關柜電氣故障主要類型

1.1 電壓互感器高壓熔斷器熔斷

電壓互感器高壓熔斷器熔斷是開關柜較易出現的故障之一，圖 1所示為電壓互感器接線原理圖，對于此故障進行分析發現，存在較多的影響因素。根據歐姆定律，功率為電壓的二次方與電阻的比值，因此，在電壓一定的情況下，功率與電阻呈反比例關系，當電阻值不斷減小時，功率會不斷上升，長時間大功率狀態下熔斷器將過載，結果熔斷。因此，為避免熔斷器發生熔斷，需衡量熔斷器及運行電流的匹配程度，當熔斷器容量偏小時熔斷器極易發生熔斷，此外，單相接地系統中鐵芯過飽和時勵磁電流將增大，也會引起熔斷器的熔斷故障。由于消諧裝置存在一定的延遲性，因此難以與低頻飽和電流進行匹配，也就難以起到防熔斷的作用。其次，鐵磁的簡諧振動也會引起熔斷器熔斷故障，由于開關柜單相接地故障會引發鐵磁諧振過電壓，回路鐵磁元件將損耗電阻，對于鐵磁諧振過電壓造成一定的限制，同時，鐵磁諧振也會降低電壓互感器的感抗，在大電流的作用下引發熔斷器熔斷；再次，在線性簡諧振動情況下電感及電阻將形成串聯回路，當自振頻率與電源頻率相近時將出現過電壓故障，產生電壓諧振，最終導致熔斷器熔斷故障。

熔斷器熔斷故障主要包括線性簡諧振動、鐵磁簡諧振動以及單相接地等熔斷類型。其中，線性簡諧振動熔斷類型中，串聯電路等值自振頻率近似于電源頻率，因此電容元器件將出現高強度電壓，引起線性簡諧振動，而在振動過程中電流及電感電容元件受電阻的影響而引發熔斷；其次，鐵磁簡諧振動通常為單相接地故障引發的，鐵磁元件電阻損耗將導致過電壓，在鐵芯的飽和效應限制下形成鐵磁簡諧振動，并導致電壓互感器功能下降，造成電壓互感器熔斷；單相接地熔斷故障在10kV開關柜中較為常見，主要是互感器鐵芯的過飽和所導致的，進而造成工作磁場的故障，引發消諧裝置響應延遲，消諧裝置難以發揮正常功能。

圖1 電壓互感器接線原理圖

1.2 相間短路故障

在單相接地電路系統中，電壓互感器鐵芯將處于過飽和狀態，導致勵磁電流急劇上升，并最終導致熔斷器被熔斷，而該故障會進一步造成元器件的絕緣性能降低，使得電壓互感器高壓熔斷器熔斷，若處理不當，不僅會降低元器件的絕緣水平，而且在潮濕天氣下，將導致元器件擊穿，進而增大阻容吸收器接地電阻，局部過電壓將造成相間短路，并出現柜線跳閘，在電弧作用下將擊穿三相元器件，熔斷器發生爆裂，并炸毀開關柜門，甚至引發人員傷亡。

2 10 kV開關柜電氣出現故障的處理

2.1 電壓互感器高壓熔斷器熔斷故障處理

第一，采取零序電壓互感器方法，利用固有電阻的消諧功能可抑制諧振；其次，優化開口三角繞組，以降低諧振發生率，而電壓互感器容量的提升有利于抑制諧波，而長時間的互感器超載將會熔斷保險絲；再次，改變參數來調節諧振頻率。在母線上增設電容器可抑制諧振，單相接地時可避免鐵芯發生飽和，因此可降低勵磁電流，防止諧振故障的產生；最后，高壓側中性點加裝電阻也可以防止諧振的發生。

線性簡諧振動熔斷處理中，可以在中性點增加電阻來避免線性諧振，如在開口三角繞組處增加阻尼電阻、電壓互感器的中性點增加電阻等方式，當電流強度增大后，電阻值將減小，將較好地抑制過電壓諧振；鐵磁簡諧振動熔斷處理中，改變參數可抑制諧振的發生，如變壓站母線上選用高性能電壓互感器，避免鐵芯發生過飽和，因此勵磁電流難達到一定值，故可避免諧振的發生，實際應用中，消弧線圈對于防止鐵磁發生簡諧振動有較好的效果，不僅可以做到中性點消弧，同時也可完全屏蔽鐵磁諧振，避免鐵磁諧振引起熔斷故障；單相接地熔斷處理中，零序電壓互感器可通過改變接線方式來消除諧振，開口三角繞組加裝阻尼有利于增加電壓互感器容量，達到抑制諧波的目的。

2.2 相間短路故障處理

主要包括以下幾方面處理措施：首先，對開關柜進行除濕，可考慮裝設除濕器，以維持柜內干燥度，降低元器件擊穿風險；其次，開關柜安裝需依據設計要求進行，避免過大的接地電阻及局部過電壓，對設備接地進行處理，以防相間短路故障；其次，需對于易損件如電壓互感器等進行定期的檢修及更換；再次，維持較好的母線絕緣性能，避免母線相間短路和燒毀。

3 10 kV開關柜故障防范措施

3.1 加強運行管理

（1）推進開關柜設備定期檢修機制的建立，并注意隔離開關法蘭及絕緣子瓷件是否有裂縫，瓷件是否存在異常電暈；

（2）斷路器出現故障后需及時進行全面的檢查；

（3）10kV開關柜的斷路器出現斷路器分合閘閉鎖或油量不足等故障時應立即停機，并進行全面檢修處理；

（4）開關倒閘時應全面監控隔離開關性能及動作，避免出現卡澀故障，對于運行中問題及時分析原因并做處理，避免強行動作。

3.2 提高性能設計與安全設計水平

（1）定期對于設備運行特性進行系統化檢查，制定檢修計劃，并進行整定測試，避免維護不當引發事故，若設備工作異常，需依據溫度、振動、聲音等指標，開展診斷，并對光字牌、信號等設備進行分析，持續做好跟蹤監視，加強調試，用紅外測溫儀等設備對開關柜的導電回路進行帶電測溫，防止溫升過快；

（2）在電網中接入開關柜設備的時候，需充分考慮電壓的承受作用，避免元器件質量問題加劇以及運行條件惡化。開關柜制造需關注其絕緣性能，做好絕緣件的設計，在滿足機械強度的基礎上，承受規定的電壓；

（3）絕緣件設計及制造中采用阻燃絕緣材料，避免使用有機絕緣材料。充分注意元件選擇，電壓互感器需具備較好的伏安特性，帶電體對地距離不小125mm。

4 結語

實際應用中，10kV開關柜類別形式呈現多樣化。依據開關柜的形式可分為全封閉式（金屬）與半封閉式，依據斷路器的型號包括少油開關柜及真空式開關柜等，經歷了長期的發展過程，目前開關柜逐漸呈現集成化發展，開關柜組件涵蓋了高壓斷路器及熔斷器、電壓互感器、開關等，引起開關柜故障的原因是多方面的，如安裝工藝、開關柜間距及絕緣性差異等。開關柜設計過程中應按照設計規范進行操作，并依據工作需要改進繼電器設計標準，提高其運行質量水平，安全設計是開關柜的重要設計原則及標準。

[1]李占儒.10kV開關柜運行中故障原因分析[J].風能,2012(02)

[2]劉小剛,潘寅.論 6～10kV 配電系統高壓開關柜的結構設計[J].企業科技與發展,2011(01)