一次環網柜設備故障原因分析及對策

黃溯涵

（福建電力職業技術學院）

在配電線路中，經常會出現各種原因引起的故障，一旦出現故障，整個系統將不能正常工作，嚴重地影響到企業的運轉和人們的正常生活。所以要盡最大的可能減少故障的發生，以保障電網的安全運行。

一、故障設備基本情況

10kV服裝Ⅲ回#0環網柜型號：Ingenious-w-k/12/24， 由某高壓開關設備有限公司2011年11月03日生產，并于2012年12月21日投運。

環網柜是一組高壓的開關設備裝設在鋼板金屬柜體內或設計成間隔式環網供電單元的高壓電氣設備，環網柜的核心部分為負荷開關和熔斷器，具有價格低、結構簡單、可提高供電參數、體積小和性能以及供電安全等優點。這些優點主要體現在：

（一）防誤操作，保護人身及設備安全

以真空環網柜為例，其采用開關具有三工位高壓開關設備的真空負荷。即關合、隔離、接地，接地、隔離開關具有明顯可見的斷口，隔離、負荷開關具有自動聯動功能，即當真空負荷開關斷開后，隔離開關將會自動斷開，形成明顯可見斷口。當真空負荷開關合閘，隔離開關將自動先行閉合；接地、負荷開關也具有嚴格的電氣與機械聯鎖，從而保證了兩者在結構上不可能會出現誤動，即使當負荷開關處于合閘位置，也無法進行接地開關合閘操作；同樣，當接地開關處于合閘位置時，也無法進行負荷開關合閘操作；當環網柜前柜門被打開，負荷開關便不能再合閘，因此有效地防止了發生誤操作。

（二）性能指標高

SF6 環網柜與真空環網柜所采用的SF6 負荷開關、真空可頻繁操作，其“合-分”額定有功負載的次數可達上百次，為一般負荷開關，如產氣式、壓氣式等負荷開關的10 倍以上，而且短時的耐受電流一般可達20kA，短路關合電流一般都可達到50kA，具備良好的開斷能力。

（三）維護方便

高低壓成套設備中的環網柜往往安裝于配電房中，避免了環網電纜分支箱可能會遇到的危險，如水淹進水等、車輛碰撞、人為破壞。室內操作維護也將天氣對操作的影響降到最低。柜面使用了使接線方式以模擬圖的形式標示的設計，讓人一目了然，部分廠家的環網柜更直接將注意事項及操作指導標注于柜面上，從而進一步地減少了操作人員出現誤操作的可能。

（四）使用靈活，易于擴展

隨著設備運行經驗不斷增加，可擴展型的環網柜逐步地取代了以前全封閉型的環網柜；由于模塊化拼接、緊湊型設計等方面的進步，現如今環網柜很靈活地滿足各種設計方案的要求地去配置，實現根據客戶實際需求任意組合；電纜橋架的連接方式相比以前也更加靈活，即使在地面不夠平整的情況下，也能實現電纜橋架的柔軟連接，不會因地面不平整而出現局部放電的現象；安裝自動化的接口，為配電自動化的建設做好準備。[1]

環網柜由一般由開關室、熔斷器室、操動機構室和電纜室（底架）四部分組成。

密封在金屬外殼內的各個功能回路及其回路之間的母線等共同組成了開關室。殼體由冷軋鋼板（或不銹鋼板）焊接而成。每一個功能回路包括一臺負荷開關和接地開關。負荷開關是由垂直運動的動觸頭系統和位于下端的靜觸頭組成，開關合閘時，動觸頭向下運動，負荷開關接通。接地開關由動觸刀和靜觸刀組成，在彈簧運動過程中，接地開關快速接通。開關室上部和后部開有4個長方形裝配工藝孔，環網柜的正面裝有觀察窗，可看到接地開關的“分”“合”位置。在環網柜的后部裝有防爆裝置。

負荷開關采用壓氣內吹式結構，滅弧能力強，且不影響相間及對地絕緣，動、靜觸頭均帶有弧觸頭，大大提高了開斷次數。

（1）真空式環網柜：真空式環網柜是新一代產品，使用了環保型固體絕緣，該產品采用真空斷路器+微機保護裝置，所有的導電回路均使用硅橡膠或環氧樹脂澆筑包裹，不僅保證了運行的安全，更保證了操作的高安全性，適用的電壓等級可達24kV。

（2）SF6環網柜：SF6環網柜就是使用SF6負荷開關作為高壓換違規的主開關，SF6氣體是一種惰性氣體，具有良好的絕緣性能和滅弧性能，將開關安裝在全封閉的SF6氣體中，可以有效地提高開關的壽命及穩定性，因此，SF6環網柜的使用壽命可長達20年。

（3）產氣式環網柜：產氣式環網柜是利用固體材料制成滅弧元件，開關分合電流時，如有機玻璃，固體材料可以在電弧的作用下，分解出氣體，氣體使電弧降溫冷卻，從而熄滅。具有分合電流越大，電弧越強，分解產生的氣體就越多，滅弧效果就越好的特點。

（4）壓氣式環網柜：壓氣式環網柜采用了壓氣式負荷開關。壓氣式開關利用內部的壓縮空氣進行吹弧，在分閘時，壓氣活塞會快速運動，從而將氣缸內的空氣進行壓縮，當滅弧觸頭分離，觸頭間產生電弧時，壓縮氣體經噴口吹動電弧，使電弧在電流低點由于電弧拉長熄滅。

環網柜的基本功能包括有:

（1）實時監測運行工況：遠方監視和控制電環網柜。遠程監測線路的負荷，實時掌握各支線、分段線路的負荷情況，及時發現重超載線路，提升電網規劃的精益化水平。

（2）遙控功能使用：減輕班組現場倒閘操作工作量，減少倒閘操作時間，操作時間由原來2.5小時將為0.5小時。對熱備用的線路聯絡開關的操作實現了負荷的快速轉供，實現了配電網網絡運行方式快速、靈活調整。

（3）FA功能：線路故障引起跳閘后，主站根據終端遙測信號判斷故障區域并自動隔離故障。故障查找時間由大約2小時縮短至2分鐘左右。供電可靠性由原來99.96%提升至99.997%。

而環網柜使用的開關主要包括有：

（1）負荷開關。負荷開關具有一定的帶載分斷能力，也就是說在輕載時是可以帶電拉閘的，但不可頻繁操作，一般的負荷開關都帶熔斷器，且其滅弧能力強于隔離開關。

（2）隔離開關。斷路器在斷開電路之后，由于隔離開關的斷開，使斷路器兩端能得到明顯的隔離，起隔離電源的作用。由于斷路器的觸頭位置的機械指示裝置既缺乏直觀，又在某些情況下無法保證它的指示與斷路器觸頭的實際位置一致，所以用隔離開關來使斷路器兩端明顯隔離是必要的。

（3）斷路器。有時也稱它為高壓開關,它的作用一般是用于切斷高壓電路中的電流,當電路發生故障的時候,也能夠起到保護裝置的作用。

（4）接地刀閘。在設備檢修時，為了防止在檢修的過程中，由于某種原因突然來電，傷及人身、設備安全，故必須將檢修設備的兩端都接地。高壓配電柜的接地刀閘，一般將輸出負荷側進行接地，當我們在檢修高壓配電柜的負荷側時，就要斷開開關，同時閉合接地刀閘，這樣可以防止突然來電引起觸電事故，保護人身安全。另外可以釋放設備剩余電荷，保障檢修安全。

二、事故經過和現象描述

2016年6月22日10:11 監控機報：靈秀變10kV服裝Ⅲ回647過流Ⅲ段動作，開關跳閘，查DMS系統無翻牌信息，通知山兜運維站施進雄，配電搶修操作班鄭某，配電工區（電氣）梁某，配搶陳某以及遠程工作站。(與此同時10:11 監控機報：靈秀變10kVⅡ段母線B相接地，大侖Ⅱ回625線路B相接地。)

10:39 山兜運維站曾江舉匯報王某：現場檢查靈秀變10kV服裝Ⅲ回647開關柜發現過流Ⅲ段動作，動作相為B、C相，動作電流1312.8A，重合閘未投，開關本體檢查正常。

10:38 配電搶修操作班蔡某匯報吳某：現場巡視發現10kV服裝Ⅲ回#0環網柜有燒毀痕跡，其他線路巡視無發現異常

11:08 配電工區（電氣）梁某匯報王某：巡線南區#2開閉所沒有發現異常，所有支路故障指示燈均未亮。王某令配電工區（電氣）梁某：南區#2開閉所10kV南區#2開閉所主進901開關由運行轉冷備用，于11:10匯報操作結束。

11:17 吳某令配電工區（電氣）梁某：服裝城南區開閉所10kV南區開閉所備進902開關由冷備用轉運行，于11:19匯報操作結束，運行正常。

11:31 配電工區（電氣）梁某匯報王某：轉電后巡線南區#2開閉所，南區#2開閉所運行正常。

三、事故原因分析

（一）故障環網柜檢查試驗情況

（1)外觀檢查：環網柜PT間隔由于短路故障，間隔內部件及四周隔板均被短路氣浪熏黑，與PT連接的電纜T型接頭相鄰的隔板有明顯的放電痕跡。

（2)解體檢查：PT C相套管內側發黑熔絲燒毀，與其連接的T型電纜接頭表面可見擊穿孔洞。

（3)PT試驗：PT線圈及絕緣等常規性試驗，沒有發現異常。

（二）原因分析

從外觀及解體檢查內部故障現象分析，這起故障主要原因是由于連接PT（C相）的電纜T型接頭存在絕緣不足缺陷，在系統出現單相（B相）接地故障，非故障相電壓升高至線電壓的情況下在該絕緣薄弱處發生絕緣擊穿并對隔板進行放電，形成兩相（BC相）異地短路故障。

結論：故障的原因是由于連接PT（C相）的電纜T型接頭存在絕緣缺陷，在系統出現過電壓時發生絕緣擊穿，形成短路故障。

四、其它同廠家同型號故障部位接近的設備

（一）物華工業園支路#7環網柜

型 號：Ingeniousw-k/12/24，由某高壓開關設備有限公司生產（現場沒有設備銘牌，生產日期不詳），并于2012年06月28日投運。2016年6月20日發生故障。

故障部位：PT AB相電纜T接頭處燒斷后電纜對地放電短路

（二）郊區線#6環網柜

型 號：Ingeniousw-k/12/24，由某高壓開關設備有限公司2012年9月12日生產，并于2012年11月06日投運。2016年5月2日發生故障。

故障部位：PT C相電纜T接頭燒斷后電纜對屏護板放電短路。

（三）裕通線#1環網柜

型 號：Ingeniousw-k/12/24，由某高壓開關設備有限公司2012年5月15日生產，并于2012年5月21日投運。2016年6月26日發生故障。

故障部位：PT C相電纜T接頭燒斷后電纜對屏護板放電短路。

（四）服裝Ⅴ回#0環網柜

型 號：Ingeniousw-k/12/24，由某高壓開關設備有限公司生產，2012年12月22日投運。2016年6月26日發生故障。

故障部位：PT B相電纜T接頭燒斷并對對屏護板放電短路。

上述四起故障的設備廠家、型號及故障部位與本起故障類似，廠家均為該高壓開關設備有限公司，型號相同，故障部位均在與PT連接的電纜T型接頭處，2011年11月至2012年9月期間生產，2012年5月至2012年12月期間投運。

五、應采取的防范措施

（1）立即排查該高壓開關設備有限公司2011年11月至2012年9月期間生產的環網柜設備，安排更換柜內所有電纜T型接頭部件。

（2）無法立即安排更換的，應開展局部放電測試及紅外測溫工作，特別是檢查電纜T接頭是否發熱、膨脹、變形等情況，及時跟蹤設備運行情況。

（3）加強設備日常巡視維護，特別是該高壓開關設備有限公司生產環網柜設備，有條件時應開箱門檢查各個電纜T型接頭，發現放電、膨脹、變形等情況應立即上報缺陷并組織處理。

（4）加強環網柜施工工藝質量驗收，特別是電纜T型連接頭安裝是否到位，半導體層表面是否清潔，電纜是否可靠固定，防止運行中電纜接頭爬電甚至燒毀。

（5）加強設備入網質量驗收，要求廠家提供設備整體及各部件形式試驗報告及出廠試驗報告，加強設備投運前交接試驗工作，及時發現設備缺陷，避免設備帶病入網。

（6）對于易凝露結霜的設備，要做好防潮、通風措施，如果有可能，在柜體上下方留出進風和出風口，但一定要做好封堵。

（7）要勤巡查，多排查，多特巡，針對環網柜的絕緣性能要定期檢查，對易出現問題的部位要即時處理，尤其是套管的材料，要選擇環氧樹脂材料；對于觸頭的狀態和密閉情況也要定期排查，必要時可加裝絕緣材料。

（8）母線排安裝在最小安全距離下，也應盡量的拉大距離，母線的尖銳往往能夠造成不必要的故障出現。距離的拉大是為了以防三相母線端在別的故障原因下所導致的對接地金屬柜板放電的情況。

（9）不要完全信任廠家的安全標準，現有市場標準并不明朗，廠家的質量問題層出不窮，因為原材料的劣質導致的故障并不少見，要因地制宜的去改造產品柜間母線插頭設計，因材料所限制，要及時的進行絕緣處理。有的產品在制作過程中的不確定性會間接的影響到環網柜的運行情況，要根據現場的實際情況進行安裝。

（10）加強對現有已投運設備的巡視力度，尤其是在惡劣天氣下的特巡工作必不可少，大部分的隱患都是出自惡劣天氣的疏忽，一定要及時處理，對于不能及時處理的部位，可適當的進行停電處理，以免造成更大的損失。

（11）改善環網柜內的溫度，加裝加熱器，增加排風口和進風口，但是要保證最小電氣空間間隙，以免發生不必要的故障。另外運營單位還需要增加對開關柜內部溫度的巡視，尤其是在難以維護的開關柜位置，可增設智能測溫除濕模塊，預防故障的發生。

（12）相關安裝人員和巡視人員要加強培訓和考察力度，要在保證一定的技術支持下，安全的進行安裝和調試，將故障的隱患從源頭進行根除，大部分的故障問題都是出現在前期的工作沒有做實做精的情況下的。

（13）在加裝了排風和進風設施的環網柜位置，要加裝防塵網柵，以減少塵埃的進入，減少部件磨損和入塵的可能性。

（14）安裝人員對環網柜的運行情況及內部設施情況要有一定的預警心理，要適當、適時的進行預防性試驗，及時判斷運行情況。但是要遵循相應的檢查規范，當得到的數據與平時的正常運行數據相悖的時候，要結合實際情況進行對比，綜合分析各方情況得出結論。在完成了預防性試驗后，要注意事后檢查，認真做好清掃工作。

（15）定期查看環網柜內觸頭的結構，觀察是否出現老化、磨損的情況。

（16）在定期維護和驗收工作結束后，及時檢查孔洞封堵情況，以免出現漏堵、密封效果不佳的后果。

（17）合理的環網柜高度能在一定程度上減輕減少故障的發生，足夠的空間可以給后續巡視、維修人員留下調整的余地，電纜的適度調整和規范，能盡最大可能的避免連接問題的出現。

（18）電纜連接的問題會給接線端造成一定的影響，一般來說，大概率會出現接觸不良的問題，熱量的快速上升會影響電纜的運行情況，電纜的導電面積也會因此受到影響。在以上事故發生的時候，維修時需選擇外徑較大的套管，保證其正常流通電流，熱量快速散發，增加安全性能。[2]

六、結語

10KV線路由于直接面向客戶終端，它的使用頻率高，受到干擾大，在日常的運營過程中容易出現各種故障問題，嚴重影響著其運行的效率和經濟性。為了提高10KV線路運行水平，相關部門的工作人員在日常的工作中要不斷的加強對常見故障的研究，探索更加經濟有效的處理措施，為電網的發展和安全運行做出貢獻。