10kV開關(guān)柜是配網(wǎng)系統(tǒng)的主要設(shè)備,其安全可靠運(yùn)行對(duì)配網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定起著要害作用。目前，10kV開關(guān)柜產(chǎn)品均比較成熟，但在實(shí)際運(yùn)行中仍發(fā)現(xiàn)存在著部分缺陷，嚴(yán)重影響著開關(guān)柜的安全運(yùn)行。現(xiàn)就110kV云陵變電所10kV開關(guān)柜在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的故障加以分析并提出相應(yīng)的預(yù)防措施。

110kV真空開關(guān)柜簡(jiǎn)介

110kV云陵變電所使用的10kV開關(guān)柜是全封閉壓縮式真空開關(guān)柜，共有24柜。開關(guān)柜型號(hào)XGN2-10/ZD-08Q,裝配一臺(tái)ZN28-10A型真空斷路器,兩臺(tái)GN30-10型戶內(nèi)高壓旋轉(zhuǎn)式隔離開關(guān)，操作機(jī)構(gòu)配用CD17B型電磁操作機(jī)構(gòu)。開關(guān)柜的出線方式分架空出線和電纜出線兩種方式,架空出線利用鋁排和穿墻套管實(shí)現(xiàn)連接,而電纜出線則是采用95mm2交聯(lián)電纜實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜與出線構(gòu)架的連接。

210kV真空開關(guān)柜的故障及原因

110kV云陵變電所自1998年8月份投運(yùn)以來，10kV真空開關(guān)柜發(fā)生了較多的故障，使開關(guān)柜受到不同程度的損壞，造成了較大面積的停電。開關(guān)柜的故障可分成電氣絕緣故障和機(jī)械故障，故障較多的有以下四種類型：真空開關(guān)柜裝配的隔離開關(guān)支柱絕緣子爬距不夠造成的表面閃絡(luò)短路；真空滅弧室真空度泄漏導(dǎo)致的絕緣擊穿；電纜出線柜避雷器安裝地點(diǎn)的不恰當(dāng)導(dǎo)致雷電季節(jié)的三相對(duì)地放電短路；梅雨季節(jié)真空開關(guān)柜絕緣支撐桿受潮劣化造成的開關(guān)整體絕緣電阻下降。

2.1隔離開關(guān)支柱絕緣子爬距不夠造成的表面閃絡(luò)短路

真空開關(guān)柜屬于全密封壓縮式的設(shè)計(jì)模式，隔離開關(guān)在其分閘時(shí)帶電部分對(duì)地絕緣距離實(shí)際為125mm，其支柱絕緣子的對(duì)地垂直距離為13cm，爬距凈值經(jīng)測(cè)試為18cm，均處于10kV要求的安全距離的下限。實(shí)際運(yùn)行情況表明，在干燥的運(yùn)行環(huán)境下，這樣的爬距凈值并不會(huì)造成閃絡(luò)；但南方潮濕氣候類型，在春夏兩季，雨水較多，空氣濕度很大，加上10kV開關(guān)柜又安裝于一樓，支柱絕緣子表面的凝露潮濕降低了爬距凈值。當(dāng)發(fā)生瞬間的操作過電壓或雷擊感應(yīng)過電壓時(shí)，絕緣子表面的閃絡(luò)隨之發(fā)生。一旦發(fā)生多相支柱絕緣子嚴(yán)重的對(duì)地閃絡(luò)放電，即形成兩相或三相接地短路。由于短路范圍屬于開關(guān)柜本體保護(hù)出口，本柜保護(hù)無法動(dòng)作跳閘，須由后備保護(hù)經(jīng)一定延時(shí)才可將故障切除。在繼電保護(hù)延時(shí)的時(shí)間里，灼熱高溫的電弧已將開關(guān)柜毀壞，如連接鋁排燒熔，支柱絕緣子裙套削平，真空滅弧室燒裂等。

2.2真空滅弧室真空度泄漏導(dǎo)致的絕緣擊穿

真空滅弧室是真空斷路器正常運(yùn)行時(shí)切斷負(fù)荷電流和在線路發(fā)生故障時(shí)切斷故障電流的主要元件，它的工作原理是依靠真空滅弧室內(nèi)部的高度真空在電流過零時(shí)對(duì)分合閘產(chǎn)生的電弧進(jìn)行滅弧，從而達(dá)到切斷電流的目的，因此真空滅弧室的真空度是真空斷路器工作的要害所在。由于真空滅弧室是依靠機(jī)械手段安裝于斷路器的上下支架之間，上下支架由兩條絕緣支撐桿連接以加強(qiáng)應(yīng)力強(qiáng)度，加上支柱絕緣子，拉合絕緣桿，主軸以及動(dòng)作拐臂等元件組成一相真空斷路器。真空斷路器的分合動(dòng)作與其軸向的裝配緊密程度是影響真空滅弧室真空度的主要原因。假如真空斷路器動(dòng)作較為頻繁（如電容器柜），加上真空斷路器軸向裝配上下偏移度較大，則真空滅弧室泄漏就會(huì)很明顯。一旦真空度泄漏至無法在拉合電流時(shí)做到滅弧，該真空滅弧室即報(bào)廢須予以更換。否則因電弧不能熄滅將在真空滅弧室里產(chǎn)生高溫高壓氣體，導(dǎo)致真空滅弧室爆裂的嚴(yán)重后果。

2.3避雷器安裝地點(diǎn)不恰當(dāng)導(dǎo)致三相對(duì)地放電短路故障

10kV開關(guān)柜出線分架空出線和電纜出線兩種方式。從投運(yùn)至今的六年時(shí)間里所統(tǒng)計(jì)的運(yùn)行情況來看，電纜出線的開關(guān)柜故障率遠(yuǎn)高于架空出線開關(guān)柜，在南方6～9月份雷雨季節(jié)期間非凡明顯。經(jīng)過認(rèn)真分析，發(fā)現(xiàn)故障的發(fā)生均由出線避雷器引起。開關(guān)柜為全封閉壓縮式，其機(jī)械尺寸及電氣安全距離均采用最低限度尺寸，對(duì)于架空出線而言，不存在這種問題，因其出線避雷器安裝在出線構(gòu)架上。而電纜出線開關(guān)柜則不同，由于開關(guān)柜空間狹小，電纜頭與鋁排、出線避雷器一起安裝于開關(guān)柜后，帶電點(diǎn)與開關(guān)柜柜后門距離只有15～16cm，當(dāng)雷電波沿線路侵入時(shí)，由于避雷器安裝于開關(guān)柜內(nèi)，無法將雷電波隔絕于開關(guān)柜外，只能在開關(guān)柜內(nèi)消除，瞬間強(qiáng)大的雷電流在開關(guān)柜內(nèi)引起三相接地短路。由于短路是本開關(guān)柜出口短路，本柜繼電保護(hù)無法動(dòng)作將故障切除，經(jīng)一定延時(shí)后由上一級(jí)保護(hù)動(dòng)作將故障切除，在保護(hù)動(dòng)作時(shí)間內(nèi)三相短路電弧足可將整柜開關(guān)柜燒毀。

2.4絕緣支撐桿受潮導(dǎo)致整體絕緣電阻值下降故障

ZN28-10A型真空斷路器的上下支架由兩條絕緣支撐桿支撐以加強(qiáng)應(yīng)力強(qiáng)度，而上下支架是導(dǎo)電體，要實(shí)現(xiàn)真空斷路器的拉合閘以切斷電流就要求與其并聯(lián)的絕緣支撐桿必須是完全絕緣的。實(shí)踐表明正是由于絕緣支撐桿的受潮劣化（該支撐桿是由環(huán)氧樹脂澆鑄而成）造成真空斷路器整體絕緣的劣化，導(dǎo)致對(duì)真空滅弧室品質(zhì)好壞的誤判。此類故障在南方潮濕的運(yùn)行環(huán)境下常會(huì)發(fā)生，并且在每次的年檢中均可發(fā)現(xiàn)。按《電氣預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定，判定真空斷路器好壞的標(biāo)準(zhǔn)就是對(duì)10kV真空斷路器斷口加42kV交流電壓持續(xù)1min時(shí)間，若不會(huì)擊穿且前后絕緣電阻值變化不大，則表明該真空滅弧室沒有問題。當(dāng)發(fā)生以上兩種現(xiàn)象時(shí)則懷疑真空滅弧室已出現(xiàn)泄漏才導(dǎo)致絕緣下降甚而擊穿，一般都會(huì)將整相斷路器換掉，以保證運(yùn)行的安全。將換下的真空斷路器進(jìn)行解體測(cè)試，發(fā)現(xiàn)不是真空滅弧室絕緣損壞，而是絕緣支撐桿受潮劣化引起。經(jīng)詢問廠家技術(shù)人員得以證實(shí)，該批真空斷路器絕緣支撐桿是以北方氣候環(huán)境為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的，只適用北方干燥的天氣，對(duì)于南方潮濕天氣而言，卻是一個(gè)較為嚴(yán)重的絕緣隱患。

3故障的處理措施

針對(duì)10kV真空開關(guān)柜投運(yùn)后故障率居高不下的現(xiàn)象，我們組織了相關(guān)的技術(shù)人員進(jìn)行了認(rèn)真系統(tǒng)的分析，將這些故障進(jìn)行分類，并根據(jù)不同的故障采取了積極有效的改進(jìn)措施，在實(shí)際運(yùn)行中取得了良好的效果。

3.1隔離開關(guān)支柱絕緣子爬距不夠

為了增大爬距，技術(shù)人員在絕緣子表面首先噴涂絕緣漆，在短時(shí)間內(nèi)收到了一定的效果，降低了該類故障的發(fā)生，但是由于絕緣漆受溫度等因素的影響無法從根本上解決問題。后經(jīng)與廠家協(xié)商，由廠家提供高爬距支柱絕緣子裝配而成的隔離開關(guān)全部予以更換，實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，經(jīng)過改造杜絕了該類故障的發(fā)生。

3.2真空滅弧室真空度發(fā)生泄漏問題

對(duì)于真空滅弧室真空度發(fā)生泄漏問題，因牽涉的技術(shù)難度較高，因素也較多，必須從源頭抓起，即要求在采購真空滅弧室時(shí)要選用知名廠家提供的質(zhì)量可靠的真空滅弧室。其次，在裝配真空滅弧室時(shí)要求廠家技術(shù)人員給予技術(shù)上的支持，提高真空斷路器整組的裝配質(zhì)量，避免因機(jī)械原因造成真空滅弧室的泄漏。第三，對(duì)于年檢和日常運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的有故障預(yù)兆的真空斷路器加強(qiáng)巡視，縮短預(yù)防性試驗(yàn)周期，一旦試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問題，如絕緣電阻急劇下降馬上予以更換。由于以上措施得力，此類故障的發(fā)生勢(shì)頭得到了遏制。

3.3電纜出線柜避雷器安裝問題

此類問題屬于較為簡(jiǎn)單但不易發(fā)現(xiàn)的問題，經(jīng)屢次發(fā)生故障后（此類故障造成的后果十分嚴(yán)重，往往是整柜開關(guān)柜的毀壞）才引起對(duì)避雷器安裝地點(diǎn)的重視。解決的方法是將裝在開關(guān)柜內(nèi)的避雷器移裝于10kV出線構(gòu)架上，與出線構(gòu)架共用同一接地體，這樣既消除了雷電侵入時(shí)不會(huì)直接引入開關(guān)柜，在開關(guān)柜里對(duì)地放電造成三相短路，也消除了開關(guān)柜空間狹小和安裝避雷器、電纜頭、出線鋁排等諸多設(shè)備造成的電氣安全距離不夠的隱患，取得了良好的效果。

3.4真空斷路器絕緣支撐桿問題

絕緣支撐桿是由環(huán)氧樹脂澆鑄而成的固體件，在斷路器帶電時(shí)要承受10kV額定電壓，異常情況下要承受操作過電壓等高于額定電壓的高壓值，要求澆鑄時(shí)不可有氣泡和雜質(zhì)存在。一旦有氣泡和雜質(zhì)存在，支撐桿的整體絕緣品質(zhì)馬上下降。在年檢預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)，按規(guī)程規(guī)定，對(duì)斷路器斷口加壓42kV1min后測(cè)試斷路器斷口絕緣電阻，此時(shí)斷路器絕緣電阻值下降即是絕緣支撐桿劣化引起的，這種現(xiàn)象在潮濕的梅雨季節(jié)最為常見。分析其形成的機(jī)理是由于絕緣支撐桿內(nèi)部存在氣泡和雜質(zhì)，一旦環(huán)境濕度較大，支撐桿內(nèi)部吸收了水分，在電壓的作用下，產(chǎn)生電解，形成導(dǎo)電通道，致使絕緣電阻下降。絕緣支撐桿的劣化會(huì)使真空斷路器整體絕緣下降（從電氣角度分析，絕緣支撐桿的絕緣電阻與真空滅弧室斷口絕緣電阻是并聯(lián)的，絕緣的下降將導(dǎo)致并聯(lián)電路的電阻下降），輕易造成對(duì)真空滅弧室絕緣品質(zhì)的誤判，因此真空斷路器的運(yùn)行和維護(hù)是一個(gè)不容忽視的問題。根據(jù)廠家提供的資料表明，該類支撐桿只適用于北方干燥的氣候條件，杜絕此類故障的方法是更換高絕緣品質(zhì)的適合于潮濕運(yùn)行環(huán)境的絕緣支撐桿。

4結(jié)束語

通過對(duì)真空開關(guān)柜缺陷的發(fā)現(xiàn)和改造，杜絕了因雷電和空氣濕度以及設(shè)備安裝等因素造成的故障，大大提高了真空開關(guān)柜的運(yùn)行可靠性，在實(shí)際供用電過程中取得了良好的效果。