10kv高壓柜的故障分析及防范措施

韓 鵬 ，王 銳 ，李東全

（1.中石油吉林天然氣管道有限責任公司，長春 130000；2.中國石油天然氣股份有限公司管道長春輸油氣分公司，長春 130000）

0 前言

在社會經濟高速發展的環境下，人們越來越重視高壓設備的運行安全。由于高壓開關柜的設計結構比較復雜，容易因設計方案不合理、絕緣材料質量差而出現問題，降低了高壓電網運行的穩定性。因此，電力企業必須要加強高壓開關柜的故障判斷能力，使高壓開關柜處于最佳的運行狀態。

1 10kV高壓設備的種類及特征

現階段，電力行業應用的10kV高壓設備主要以開關柜為主，其使用起來不僅可選擇性較好，并且每種高壓開關柜都有其擅長的應用范圍。固定式、箱體式、負荷式、手車落地式等是高壓開關柜的常見類型。固定式高壓開關柜是小型變電站和廠區企業常用的高壓設備，這種高壓開關柜內部的體積較大，可利用空間較多，能夠容納各種各樣的電元件，但其防護性及封閉性較差，無法控制事故發生的概率，因此已經被日新月異的電力行業淘汰。箱體式高壓開關柜主要應用于負荷較小的用電場所，由于其體積較小且散熱能力較差，因此無法應用于電荷較大的用電系統中。負荷式高壓開關柜主要應用于新用戶，這種高壓設備不僅有許多的選擇類型，并且防護能力也非常強，為維修提供了較大的便利性。手車落地式高壓開關柜是當下電力市場中的新式產品，采用進口技術，但對于箱底硬度有較高的技術要求。而手車中置式高壓開關柜在市場中的使用范圍較大，其使用優勢較上述其他種類開關柜有明顯的優勢，具有良好的市場發展趨勢［1］。

2 10kV高壓設備形成短路故障的原因

據了解，10kV高壓開關柜的類型較多，同時各個類型應用的環境也各不相同。固定式高壓開關柜、箱體式高壓開關柜、HXGN負荷高壓開關柜、中置式手車高壓開關柜和落地式手車高壓開關柜等等都是常見的高壓開關柜。例如固定式高壓開關柜廣泛應用于大型煤礦企業或變電站中，由于體積比較大，空間比較充裕，雖然可以裝載大量的電器設備，但由于封閉性較差、容易被破壞或腐蝕，因此已經在高壓設備的應用中淘汰。箱體式高壓開關柜常用于一些散戶的用電場景中，其原因在于設備負荷的電流較小，且散熱能力較差等，應用范圍較小。下面我們將對10kV高壓設備故障的形成原因進行具體的分析。

2.1 絕緣引起的故障

在評定高壓開關柜的運行狀態好壞時，第一個可以參照的標準就是絕緣性，這也是高壓開關柜運行的重要基礎。由于高壓開關柜的生產廠家較多，質量和性能參差不齊，因此電力設備在維修的過程中容易形成不同程度的損壞，容易降低電力設備的絕緣性。同時，電力設備的絕緣性被弱化也有可能是維修人員的專業性較差，在維修時增加了電力設備產生的熱量，長此以往，大大降低了高壓開關柜的絕緣性［2］。

2.2 質量引起的故障

一方面，若高壓開關柜中安裝質量不過關的電器零件，就會降低高壓電網的發電能力，增加事故發生的概率。例如隔離接頭的生產質量較差，在使用時容易發生接觸不良的情況。另一方面，由于高壓開關柜運行的外部環境濕度較高、沙石較多，加劇了絕緣設備老化的速度，尤其是絕緣能力本身較弱的設備，長期在這種環境下運行會出現爬電情況，對高壓設備的運行安全造成威脅。

2.3 操作引起的故障

一是柜體的強度較差，當高壓開關柜中通過短路電流時，電動力產生的作用足夠使開關和柜體本身出現位移現象，繼而短時間內增加了接頭的電阻值，出現電弧現象，有可能會發生爆炸。二是靜接頭和動接頭經過長時間的使用后，容易形成不同程度的磨損，減少彼此的接觸面積，繼而出現接觸不良的情況，引起相應的故障。三是在安裝設備的過程中，由于施工人員的疏忽破壞了原本的結構，降低了設備的穩定性，致使高壓開關柜在運行時發生故障。例如由于傳感設備或操作設備引起的開關機故障，導致出現卡頓、零件形變或脫扣等等；再如電氣控制設備形成回路形成的故障，使系統保護裝置無法執行系統命令。

2.4 線路老化引起的故障

人們的生活質量隨社會的進步不斷優化，每家每戶的用電設備數量越來越多，原有的電力開關由于使用次數的增加逐漸產生了一定程度的老化，這也降低了開關裝置的性能。以真空斷路器的使用故障為例，當真空斷路器的電流值變化異常時，故障發生的概率大大增加。其中的原因在于真空斷路器內部的泡狀物體真空性降低或在工作時遭受了損傷，繼而弱化了該設備的整體性能，一旦產生故障極其容易發生爆炸。另外，變電所中的高壓開關柜在增加負荷后，短路電流和短路電容也增加了相應數值。一旦真空斷路器的電流值與系統標準運行電流的值相差較大，將會降低整體電壓設備的性能，繼而破壞高壓系統的穩定性。

2.5 安裝、修護引起的故障

在安裝的過程中，由于施工人員的專業性和責任感較差，沒有按照安裝的標準執行相關操作，致使高壓電網內部出現了各種形式的損傷，如電纜的絕緣外層被劃傷、沒有將電纜連接處的空氣排凈、電纜與地面接觸不良容易導電等等。因此，電力單位必須要從源頭開始，對施工人員的安裝技術進行針對性培訓，避免安裝時出現低級的故障問題，同時在安裝后相關人員需要對安裝情況進行多次檢查，防止出現螺絲穩定性較差，降低惡性停電事故發生的概率，弱化了電力企業在社會大眾心中的形象［3］。

3 防范10kV高壓設備發生短路的具體措施

3.1 選擇材料方面防范措施

由于高壓開關柜由眾多的電器配件組成，其配件材料決定了開關柜是否耐用。基于此，電力企業必須要對高壓開關柜內的配件材料和柜體材料的選擇進行關注，以穩定性、安全性、可靠性為基準對相關材料進行選擇，同時根據高壓開關柜實際的應用環境，設計科學、合理的開關柜配置方案，達到理想化的設計狀態，使高壓開關柜發揮出自身的作用。例如變電站要選擇性能較好且穩定性較高的進口材料，為高壓電網的良好運行奠定良好的基礎。

3.2 外部環境方面的防范措施

上文已經對外部環境引起高壓線路故障的原因進行簡要分析，實質上，外部環境對高壓開關柜發生安全事故形成了較大的催化作用，因此相關人員必須要根據外部環境的實際情況，盡可能降低其影響。如相關人員可以在通風窗口上加裝空氣過濾網和鐵柵欄，這樣不僅可以防止外部空氣中的灰塵進入到開關柜中，破壞高壓開關柜的穩定性，也可以防止不法分子的人為損壞；在外部環境相對潮濕的環境下放置高壓開關柜時，需要加裝除濕設備或加熱設備對其進行保護，使高壓開關柜內部的濕度和溫度滿足運行時的要求，從根本上提升設備的使用壽命；在雷電較多的外部環境下安裝高壓開關柜，需要加設防雷擊設備保護柜體，降低高壓開關柜遭受雷擊的概率。此外，工作人員還需要應用專業監測設備隨時隨地對高壓開關柜內部的絕緣性、溫度、濕度等參數進行觀察和記錄，使高壓開關柜可以保持良好的工作狀態完成日常工作。

3.3 按照相關標準選擇爬電比距

眾所周知，高壓開關柜中最重要的參數就是爬電比距，這個參數與系統運行的效果息息相關。因此，電力企業相關人員需要根據我國現有的爬電比距設計標準對高壓開關柜中各個零件的外絕緣爬電比距進行設定，一般情況下絕緣值的范圍在18mm／kV～20mm／kV之間。通常情況下，符合此參數的配件規格選擇性較少，因此，電力企業通常采用專業定做的方式對這些配件進行批量生產，從根本上保障高壓電網整體的性能［4］。

3.4 繼電保護裝置性能方面的防范措施

在高壓開關柜中，繼電保護裝置是保護系統的主要結構，因此必須要按照相關標準對其進行準確的安裝操作，一般情況下，電力企業安裝人員需要根據不同的運行方式對繼電保護裝置的性能進行優化，增加其與高壓電網運行的貼合性。此外，當斷路設備沒有足夠的容量時，相關人員需要及時更換繼電保護裝置，并根據運行環境對新繼電保護裝置的相關參數進行合理設定。

3.5 安全用電方面的防范措施

在電力行業中安全問題是經久不衰的研究話題，高壓開關柜亦是如此。因此，在設定和檢查時需要確定開關柜內導體是否全部與地相連接，是否符合電力行業的相關標準，即相間空氣間隙和對地空氣間隙的值都要超過125mm。如果使用了較為復雜的復合型絕緣結構，就需要強化絕緣材料與介電設備間的有效配合，這樣做既可以降低相關人員接觸高壓開關柜發生觸電傷亡的安全事故，也可以防止有害的腐蝕性氣體對電線造成傷害，如酸、鹽、霧等等［5］。

4 結論

綜上所述，要想高壓電網運行的安全性和穩定性得到保障，必須提升高壓開關柜的性能，盡可能降低故障發生的概率。因此，在安裝高壓開關柜時，需要嚴格按相關標準進行安裝，提升開關柜的安裝質量，并且做好防范設備短路的具體措施，使其處于最佳的工作狀態。