自動開關柜在電網自動化運維中的效能分析

中圖分類號：TM591 文獻標志碼：A

文章編碼：1672-7274（2025）07-0068-03

Efficiency Analysis of Automatic Switchgear in Power Grid Automation Operation and Maintenance

YUEMing，WANGXinwei （StateGridInnerMongolia EasternElectric PowerCo.，Ltd.Tongliao PowerSupplyCompany，Tongliao 028ooo，China）

Abstract： In recent years， China's power grid has gradually shifted from traditional operation and maintenance to intelligent operation and maintenance，with the main goal of making the power grid more reliable，eficient，and intelligent.Basedon this，power companies have begun to applyautomatic switchgear tosolve faults in power grid operation and maintenance，inorder to reduce the probabilityoffaults，prevent insulation acidents，strengthen the protection of power gridautomation components，and optimize the inspection of power grid automation switches.This article analyzes the effectivenessof automatic switchgear inpower grid automation operation and maintenance，fully reflecting its advantages，aiming to provide reference for the application of power enterprises.

Keywords： automatic switchgear; power grid automation operation and maintenance; insulation fault

自動開關柜是一種集成了多種保護和控制功能的電氣設備，能夠在電網發生故障時，自動切斷故障電路，保護電網和用戶設備不受損害。在電網自動化運維過程中，應用自動開關柜，不僅能夠快速響應電網故障，減少停電時間，提高供電可靠性，還能降低人工巡檢的頻率和復雜度，節省運維成本。

1 電網運維中的常見故障

1.1拒動、誤動故障

當電網發生拒動故障時，繼電保護裝置如果未能按照預定程序動作，就不能及時切斷故障電路，會導致故障擴大，對設備造成損害。導致拒動故障的原因主要包括元件損壞、接觸不良、保護定值設置不當等，繼電保護裝置的參數與系統實際情況不相匹配，使得保護裝置出現接觸不良情況。拒動故障會引起故障范圍擴大，進一步損害電網設備，影響電網正常供電。電網運維中還會出現誤動故障，具體表現為繼電保護裝置在沒有發生故障的情況下出現錯誤的動作，切斷正常運行的電路。出現這一故障的主要原因在于保護裝置的整定值過高或過低，導致整定邏輯錯誤，二次回路接觸不良。誤動故障會造成不必要的停電，影響供電穩定性，還需要浪費額外的人力資源去調查和排除誤動原因。

1.2絕緣故障

絕緣故障是指電力系統中絕緣材料由于各種原因導致性能下降，從而造成損壞，電流會通過絕緣材料泄漏到其他地方，引發后續故障。出現絕緣故障的原因較多，主要包括：第一、絕緣材料在運輸、安裝或運行過程中受到物理損傷，出現劃痕、裂紋、磨損等損害。第二、材料受到高溫、高濕度、污染、紫外線輻射等惡劣的環境的影響，加速老化，使得材料壽命降低。第三、電壓過高、過電壓、操作過電壓、電弧放電等電氣因素，使得絕緣材料被擊穿。第四、絕緣材料會受到酸性、堿性氣體或液體等化學物質的侵蝕，出現性能下降。第五、設備長期運行發生的振動會對絕緣材料造成疲勞損壞。第六、某些絕緣材料在使用過程中會被生物侵害，如樹木、鳥類等生物在絕緣材料上筑巢，會導致電網出現絕緣故障。絕緣故障的類型包括局部放電、擊穿、閃絡等。其中局部放電是指絕緣材料中的微小缺陷導致的局部區域放電現象，如果不及時處理，會發展成擊穿故障。擊穿則是指絕緣材料承受不住電壓而發生的破壞性放電，絕緣會徹底失效。而閃絡則是在高壓設備附近，絕緣材料表面由于電場強度過高而發生的放電現象。這些絕緣故障會導致電力設備損壞，甚至引發火災]。嚴重的絕緣故障還會并造成人員觸電事故，對人身安全構成威脅。

1.3載流故障

載流故障是指電力系統中電流異常波動的故障，會出現電流過大、過小或無法連通等故障情況，載流故障由多種原因引起，包括設備故障、線路故障、保護裝置失靈等。載流故障的類型包括過載故障、短路故障、斷路故障等。過載故障是指當電流超過設備或線路的額定電流時，會導致設備過熱、損壞甚至起火；短路故障是指電流未經負載直接在電源兩端流動，導致電流急劇增大，進而損壞設備或引發火災；斷路故障是指電路中某處斷開，導致電流無法流動，故障原因包括絕緣損壞、接觸不良等；過流故障是指電流超過了正常運行范圍，但沒有達到短路水平，故障原因在于負載出現變化或保護裝置不靈敏；欠流故障是指電流低于正常運行范圍，主要由負載減少或線路故障引起。載流故障的產生主要與絕緣老化、設備磨損或材料劣化有關，同時不當的操作或維護也是主要成因。在電網運維中，產生載流故障不僅會導致設備受損，縮短設備壽命，還會出現局部或大面積的供電中斷，嚴重時可能引發火災或爆炸，對人員和設備安全構成威脅。

2 電網自動化運維中自動開關柜的效能

2.1降低故障概率

在電網自動化運維中，自動開關柜可以降低故障概率。首先，自動開關柜中具有耐高溫、耐腐蝕、絕緣性能好的材料，可以確保開關柜的長期穩定運行。并且自動開關柜是根據電網的具體需求和負載特性精確設計的，可以有效避免因設計缺陷導致的故障。其次，自動開關柜具有先進的保護系統，例如，過電流保護、過電壓保護、短路保護等保護裝置，可以及時檢測并響應異常情況。并且自動開關柜中可以引入智能診斷系統，能夠實時監測電網的運行狀態，預測潛在故障。在自動開關柜中引入診斷系統時，需要對其進行規范的安全和調試，由專業人員進行開關柜的安裝，遵守操作規程，避免因安裝不當造成的故障，安裝完成后進行詳細的調試，確保自動開關柜內所有組件和系統正常工作，規避電網故障。再次，在開關柜使用過程中，需要制定定期巡檢計劃，對開關柜進行定期的視覺檢查和功能測試，根據設備的運行時間和環境條件，進行預防性維護，更換老化的部件。同時，要監控開關柜的運行環境參數，如溫度、濕度、灰塵等，確保設備在適宜的環境中運行，此外，還需要保證開關柜具有良好的通風和散熱條件，防止因過熱導致的電網故障。最后，可以利用自動開關柜收集電網的運行維護數據，分析故障類型和趨勢，根據數據分析結果，優化電網的設計和配置，減少故障發生的可能性。根據數據，還能幫助維護人員制定應急處理流程，保證在發生電網故障時，自動化開關柜能迅速響應并采取措施。需要注意的是，開關柜數據功能的使用需要運維人員具備故障的識別和應急處理能力[2]。此外，利用遠程監控技術，實現對電網的遠程監控和故障診斷，應用人工智能技術進行故障預測，提前發現潛在問題。綜上所述，自動開關柜可以有效降低電網在運維中發生故障的概率，提高電網的可靠性和穩定性。

2.2防范絕緣事故

在電網自動化運維中，自動開關柜不僅能降低故障概率，還可以防范絕緣事故。絕緣事故作為電力系統中常見的故障類型，會導致設備損壞、火災甚至人員傷亡。

第一，選擇合適的絕緣材料，使用具有高絕緣強度、耐熱性和耐老化性能的絕緣材料，并對絕緣材料進行定期檢測，確保其性能符合要求。第二，在設計自動開關柜時，要保證電氣元件的布局合理，確保絕緣距離滿足需求，也就是在設計時，預留足夠的絕緣距離，防正電弧和電擊。第三，保障開關柜的加工精度，避免由于制造缺陷導致的絕緣問題，對開關柜的接縫和接口進行密封處理，防止潮氣侵入。定期檢查開關柜的絕緣子、絕緣套管、絕緣板等絕緣部件，保持開關柜內部清潔，定期清理灰塵和污垢，防止絕緣性能下降。第四，實施預防性的試驗，定期進行絕緣電阻測試，檢測絕緣系統的完整性，并對可能發生泄漏電流的部位進行測試，及時發現絕緣故障隱患。第五，在自動化開關柜中使用保護裝置，可以安裝過電壓保護裝置，防止過電壓對絕緣造成損害，確保良好的接地系統，防止因接地不良引起的絕緣故障。第六，制定針對絕緣事故的應急預案，包括隔離故障、恢復供電等步驟，在電網發生絕緣事故時，迅速響應并自動采取措施，減少事故損失。對運維人員進行絕緣知識和事故處理的專業培訓，提高運維人員的安全意識，確保他們在操作過程中嚴格遵守安全規程。第七，采用在線監測技術，實時監測電網的絕緣狀態，提前預警潛在問題，利用智能診斷系統，對電網中出現的絕緣故障進行自動化預測和診斷，保證電網自動化運維效果更高[3]。總之，通過采用自動開關柜，可以有效防范電網運維中出現的絕緣事故，提高電網的安全性和可靠性。

2.3加強電網自動化元件保護

設計施工中選擇耐高溫、耐腐蝕、絕緣性能好的元件材料，優先使用通過國際或國內認證的高質量自動化元件。確保自動開關柜具有良好的密封性能，防正灰塵和水分侵入，做好通風散熱，避免元件因過熱而損壞。在安裝時，由專業人員進行安裝，保證元件安裝位置正確無誤，連接并牢固，防止振動導致的損壞。

例如，在某新建的變電站中安裝一套先進的自動開關柜，用于提高電網運維自動化水平和供電可靠性。該開關柜內包含多種高精度自動化元件，如斷路器、繼電器、保護裝置等。在安裝前，工程師對現場環境進行檢查，確保符合安裝要求，如地面平整、通風良好等。工程師對開關柜中的每個元件進行檢查，確認元件無損壞，型號和規格符合要求。按照圖紙要求，工程師將斷路器放置在指定位置，使用專用工具將其固定在支架上，保證斷路器與支架的連接牢固。按照相同的步驟，安裝繼電器和保護裝置，注意連接線的正確性和緊固性。工程師根據圖紙進行內部接線，使得所有接線正確無誤，并且接線端子緊固。在接線完成后，使用絕緣測試儀對開關柜進行絕緣測試，確保絕緣性能符合標準。最后，使用螺絲和墊圈將所有元件固定在開關柜上，讓開關柜更加牢固，不會因振動而松動。完成安裝后，進行功能測試，包括斷路器的分合閘操作、繼電保護裝置的響應等，確保所有功能正常。

定期清潔元件，去除灰塵和污垢，防止絕緣性能下降，對需要潤滑的元件進行定期潤滑，減少磨損，保證元件使用更長久。采用傳感器和監測系統，實時監測元件的工作狀態和溫度，利用智能診斷系統，對元件的潛在故障進行預測和診斷。對易受電磁干擾的元件采取屏蔽措施，減少干擾影響，在設計中合理布局元件，減少電磁干擾的可能性。同時，要安裝防雷裝置，保護元件免受雷擊損害，選擇適應不同溫度范圍的元件，確保在極端氣候條件下也能穩定工作。通過綜合施策，可以顯著提高自動開關柜中元件的保護效能，降低故障發生率，延長設備的使用壽命，確保電網穩定運行。

2.4優化電網自動化開關巡視

實現電網自動化開關巡視，可以讓自動開關柜的效能得到提升，保證電網自動化的運維水平。根據自動開關柜設備的使用需求、運行狀態和環境條件，制定合理的巡視計劃，對一些關鍵設備或歷史故障率較高的設備進行重點巡視[4。同時，利用遠程監控技術，實現對開關柜的實時監控，減少現場巡視頻率，在開關柜所在區域安裝一定數量的高清攝像頭，便于人員遠程查看設備狀態。此外，在進行巡檢時，也要制定標準化的巡視流程和檢查項目，確保每項檢查可以有效落實，使用檢查清單，保證巡視的全面性和一致性。維護人員還可使用紅外熱像儀、超聲波檢測儀等自動化檢測設備，提高巡視效率和準確性，讓檢查更加高效。在檢查途中，人員使用平板電腦或智能手機等移動設備記錄巡視數據，便于數據管理和分析。在檢查完成后，需要建立設備運行數據庫，記錄設備的歷史數據、故障信息和維護記錄，利用數據分析技術，識別設備運行中的潛在問題，實現預測性維護。在巡檢中，人員是重要的影響因素，需要對巡視人員開展有關設備原理、故障診斷和處理能力等專業技能培訓，強化巡視人員的安全意識，確保巡視過程中的人身安全。結合人工巡視，對設備進行細致檢查，在條件允許的情況下，使用機器人進行巡視，尤其是在復雜或危險的環境下。通過機器人自動巡視可以優化電網自動化工作檢查，有效提高巡視的效率和質量，確保自動化開關設備的安全穩定運行，進而提升電網自動化運維的效能。

3 結束語

本文對自動開關柜在電網自動化運維中的效能進行分析。自動開關柜的應用不僅可以提升電網運行的可靠性，還能促進電網的智能化發展，同時優化資源的配置。在應用自動開關柜來進行電網自動化運維時，可以從故障防范、元件保護、巡視等方面入手，保證自動開關柜的應用效能，提高電網運維質效。

參考文獻

[1]龐松嶺，劉佳隴，秦富云.配網開關柜局部放電帶電關聯自動檢測方法[J].自動化與儀器儀表，2023（9）：92-95.

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[3]張佳慶，謝佳，黃偉民.高壓開關柜故障起火自動滅火裝置優化設計研究[J]高壓電器，2024，60（1）：41-47.

[4]鄭應豪.10kV配電室轉運手車自動調節控制關鍵技術研究[D].杭州：浙江大學，2022.