10kV高壓設備短路故障分析及應對措施分析

中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司 熊宇洋

由于高壓設備自身結構的復雜性與多樣性，以及在使用過程中受現場環境的約束和影響，在工程實踐中極易出現設計方案不合理，材料尤其是絕緣材料的選擇誤差，這些因素進一步降低了高壓電設備的運行安全與穩定，因此作為電力企業需進一步提高設備故障的診斷能力，有利于保證高壓設備的長期穩定運行。通過對10kV高壓設備為研究對象，對其發生的絕緣及短路故障進行了分析，避免和消除電氣設備的運行故障問題。

1 10kV高壓設備短路故障問題類型

電網在運行過程中，10kV高壓設備短路故障常分為兩種情況：非金屬性的短路故障。通常將故障點電阻為0Ω時產生的故障稱為非金屬短路故障。非金屬短路故障的特點是，雖然短路電流小于金屬短路電流，但其產生的過程會持續較長時間，在這樣長時間的非金屬短路過程中，就會在局部時間與范圍內降低電網的安全性和穩定性[1]；金屬短路所造成的故障。這類故障的特點是，電網設備在運行過程中，其設備處于不同位置的金屬導線與導線間出現連接或導線間相互接觸而造成的斷路現象。電網運行過程中產生金屬短路時，相應區域內的阻值會急劇下降、直到降到0Ω，同時在金屬短路的過程中通常伴有明顯的電壓波動。

文中以某高壓開關的設備為例，闡述其基本結構與技術參數。圖1中：1上端接線；2靜觸頭；3閘刀；4套管絕緣子；5下端接線；6框架；7轉軸；8拐臂；9升降絕緣子；10支柱絕緣子。高壓隔離開關基本技術參數：額定電壓40.5kV；額定電流（A）630、1250、2000、2500；4s額定短時耐受電流（kA）20.0、31.5、40.0、40.0；額定峰值耐受電流（kA）50、80、100、100；1min工頻耐壓（kV）95/118；雷電沖擊耐壓（kV）185/215。

2 10kV高壓設備形成短路故障的原因

本文主要研究對象是10kV配電線路設備及配電變壓器的故障類型原因及防范措施，針對10kV配電線路設備及配電變壓器的故障進行了分析歸類，分析了10kV高壓設備形成短路故障的原因，并對防范各類故障進行了闡述。

絕緣引起的故障。絕緣指標作為高壓開關的重要指標，其指標的優劣直接反映了高壓開關的運行狀態。由于高壓開關產品種類繁多、質量和性能參差不齊，因此作為電力企業在選用高壓開關時，應該注重開關的質量監控，從根源上降低設備短路的風險，維持電網長時間持續運行的安全性和穩定性[2]。

質量問題。高壓開關設備其自身的質量問題是引起電力系統故障的重要因素之一。由于高壓設備自身結構的復雜性，其在加工生產過程中涉及多種零件的組合與裝配，不可避免的存在著部分零部件質量不過關的情況，在一定程度上降低了整個高壓設備的故障率，增加了電力系統故障發生的概率。例如，隔離插頭作為系統的常用設備，其質量的優劣直接關系到電網設備能否正常運行，如果質量不符合標準，易發生接觸不良而造成相應安全事故。

安裝問題。工程技術人員在整個電力系統的施工過程中扮演著重要的角色。技術人員能否有效正確的進行電力系統設備的安裝與維護，對整個電力系統的正常運行起著十分至關重要的作用，而電力系統的多樣性對電力系統設備的施工安裝帶來了新的挑戰，會影響相應電力系統的平穩運行，但在安裝過程中，由于操作的不規范，導致設備出現不同程度的損傷。例如，電纜絕緣外層、電纜與地面接觸不良等情況。

操作問題。外部環境因素是造成高壓設備故障的主要因素之一，工程技術員在進行相應電氣設備操作時，應嚴格遵循操作規程，盡可能避免外部環境和人為因素的影響，進而確保整個電力系統的安全性。但在實際的操作過程中，由于工程技術人員的操作不當而造成的電網事故往往經常出現。其主要原因首先是設備自身的原因，較長的設備使用年限，其設備自身結構的穩定性將逐漸逐步降低，因此在出現短路故障時，其高壓設備極易出現移位現象而發生安全事故；其次是工程技術人員的安裝和操作問題，其可能在操作過程中破壞了電力系統原本的結構而造成短路現象，影響電網系統設備的正常運行。

線路老化問題。電網設備的運行往往較為復雜，種類繁多的電氣設備和復雜的線路，給整個系統的用電需求帶來更高的要求，其多樣化的用電實際對技術員的施工和設計提出了更高的要求。在工程實踐中不及時對線路進行檢修和維護極易導致線路的老化而出現短路問題，進而造成電氣設備不必要的損壞，同時還易引起火災等不安全的事故，危害設備及人員安全[3]。

安裝、修護引起的故障。在安裝過程中面對復雜的施工環境，施工人員易出現不按照操作規程進行安裝維護的情況，這些不當操作極易造成電氣設備的損壞。因此，對于電氣設備的安裝施工，應注重對施工人員的技術培訓，最大限度的避免外部環境造成的不必要損失，同時在進行安裝后還應該進行交叉性的檢查，進而避免人為失誤而造成的電氣設備安裝故障，降低惡性停電事故發生的概率。

3 防范10kV高壓設備發生短路的具體措施

選擇材料防范措施。由于受高壓設備自身結構的影響，其內部存在眾多的細小部件，因此在進行材料選擇時應該慎重進行，而材料的選擇，應在兼顧其堅固絕緣性、耐用性的同時注重材料自身整體性能，進而通過材料防范保證高壓設備的安全性、穩定性、可靠性；其次，工程技術人員還應充分考慮實際工程的地理環境、氣候環境等因素，進而在材料選擇時有針對性的做出調整，進而保證電力設備的安全穩定運行，為高壓電網的良好運行奠定良好的基礎。

外部環境防范措施。電氣化網絡往往處于較為復雜的地理環境中，因此外部環境極易對電網設備的安全帶來重要影響，分析和研究外部環境對電網安全的影響，維護高壓電網設備的正常運行就顯得十分重要，因此相關技術人員在進行高壓電網設備安裝過程中，應該結合實際工程區域的地理環境進行設計施工，應該有與當前外部施工環境相匹配的故障防范和應急措施，最大限度的減小外部施工環境對電網設備的影響。如，可以在通風窗口為設備安裝一層空氣過濾網和鐵柵欄，來有效阻攔外界潮濕的空氣的進入對電網高壓設備的影響。

按照相關標準選擇爬電比距。爬電比距作為電網高壓設備的重要參數和指標，其指標的合理性直接影響著設備的穩定性。因此在工程施工中，技術人員應該根據實際的工程需求和環境進行相應參數的合理的選擇，保證零件的外絕緣爬電比距符合設計需求，同時在條件允許的情況下，可以在符合需求的基礎上提高爬電比距，一般情況下絕緣值的范圍在18~20mm/kV之間。而對于部分特殊的施工需求，工程技術員應該進行相應針對性的施工，從根本上保證高壓電網整體的絕緣性，避免短路故障的產生。

繼電保護裝置性能的防范措施。注重繼電保護裝置的安裝和使用，在進行高壓電網配置的過程中，應該根據需求成比例的配置相應的繼電保護裝置，同時對已有的繼電保護裝置進行性能優化、維護和檢修，進而通過繼電保護裝置的合理設置，保持電網系統的穩定；其次，應該及時關注設備容量，在設備的電氣容量不夠時應該及時更換、升級繼電保護裝置，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[4]。

安全用電的防范措施。在進行電網施工的過程中應注重電氣安全問題，在進行高壓設備的使用過程中，需要工程技術人員掌握相應的電氣安全知識，在進行相應的施工過程中，首先應該確定開關柜內導體是否完全接地，是否符合設計施工的標準，同時要保證相間空氣間隙和對地空氣間隙的值都要超過125mm以上。同時在面對較為復雜的電網系統時，工程技術人員還應該注意不同設備之間的絕緣問題，提高整個電網系統的安全性和穩定性，如應該注重對鹽、霧等有害腐、蝕性氣體的防護。

注重配電線路的維護、運行管理工作。作為電力企業的工程技術人員，對電力高壓設備進行定期的巡視和檢查應定期巡視，對于發現的設備缺陷進行及時的修復，進而提高設備的運行水平，保證電力系統的安全。同時應該逐步淘汰老舊設備，并加大相對應的電氣配網建設的改造力度，使布局更加符合當前社會經濟發展的需求。最后應該有計劃的對線路進行巡視，密切關注設備的負荷情況及時調整，使負荷達到平衡。

重視制度建設與落實。作為電力企業的管理人員，還應該在管理過程中不斷優化自身的管理制度，并積極落實到每一個工作的具體環節，通過完善事故應急預案，開展反事故演習活動，進而保證工程技術人員能夠在第一時間對電氣設備故障作出及時處理；其次，應該注視對工技術員的培訓工作，通過培訓提高技術人員的業務能力和水平，如應該有完善的巡線機制和應急機制并夠落實到；再次，應該強化整個線路的運行管理工作，面對故障能夠及時發現、及時排除、及時恢復，強化運行的各種規章制度，建立健全相應的技術檔案，如桿塔明細表、交叉跨越、配網結線圖等。同時，還應該堅持做好相應的運行記錄等[5]。

4 10kV高壓設備短路故障案例分析

以某變電站的開關柜故障為例，故障發生前1號主變2001、101、901開關處于運行狀態，2號主變2002、102、902開關處于運行狀態，10kV分段900開關熱備用，10kVI母及其出線運行狀態均正常，10kVII母2號所用變918。高傍II線923、新平線924、5號電容919、消弧線圈931處于運行狀態。2號主變接線方式采用220kV、110kV側中性點均直接接地運行，其中110kV側中性點經消弧線圈接地，2號主變故障發生前最后時段各側的負荷平均值如表1所示。

表1 二號主變故障發生前最后時段負荷情況分析

如表1所示，發現920開關柜出現嚴重的燒毀現象，柜內的A、B相母線出現了較為嚴重的變形現象，同時配電柜中的兩組CT燒損較輕，通過觀察發現在其開關頭處出現了較為嚴重的燒毀。

為此提出以下幾點防范對策：在進行接地設置時，消弧線圈接地應選用具備電容電流、補償電感電流顯示功能的接地系統，同時應該定期進行電容電流的檢查，保證消弧線圈能夠進行有效的感性電流補償；應該重視阻燃材料的選擇，進而提高電網高壓開關柜的絕緣性，同時也可以選擇小電阻接地的方式，減小系統短路所造成的影響，在發生短路時起到良好的切除隔離作用。

5 結語

作為工程技術人員應該結合工程實際設計需求，有目的及針對性開展相應的檢修維護工作。10kV配電線路客觀的存在著線路復雜及電氣設備多樣化的現實問題，而高壓設備通常受外部環境、人為因素的影響極易引起短路故障，危害整個電網安全。因此，作為工程技術人員在進行10kV高壓設備的施工過程中，應明確故障原因并從多個角度進行防范，實現電網系統的長久運行。