摘要：文章分析了l0kV开关柜发生故障的原因，提出了相应改进技术和管理措施，如加强设计制造阶段全过程质量控制，落实电力行业有关反事故技术措施，提高安装调试水平，加强对l0kV开关柜行运巡视检测。
关键词：10kV；开关柜；故障
引言
随着技术的发展，在供电企业及广大制造厂的共同努力下，l0kV开关柜总体制造质量及运行可靠性有了较大的提高，故障率也大大降低。但在运行中仍存在和发生一些可以避免或不该发生的缺陷及故障，近几年某调度范围10kV开关柜故障如表1所示。
表110kV开关柜故障分析表(不完全统计)
由表1可见，开关柜绝缘故障占33.87％，开关柜及导电回路过热占38.7％。这些故障严重影响了高压配电网的安全运行，更严重影响了用户的可靠供电，必须认真分析，采取措施。文中结合几年来电网运行中发生的故障进行了分析，并提出了l0kV开关柜技术和管理方面应采取的建议措施。
1开关柜故障分析
1.1高压开关柜的绝缘故障
10kV开关柜发生放电击穿事故，其放电的原理主要是绝缘件或绝缘间隙的绝缘强度低于外加电压时就发生放电，甚至发生绝缘击穿事故。主要原因为如下几类。
1.1.1导电部位与绝缘支撑件之间放电
开关、TV、TA等柜内设备的导电连接铜排对相间绝缘档隔板之间局部放电。开关柜内导体与绝缘件布置如图1所示。
图1中，E1、E2分别为绝缘体与气隙中的电场强度，
分别是二者的介电常数，则
，所以
图1开关柜内导体与绝缘件布置简化图
由于绝缘体的>>空气的，且当d1>>d2，绝缘体与导体间隙d2很小时，则空气间隙中场强E2>>E1，导致绝缘件与导电部位的小间隙放电。
有时，绝缘板与导电体之间固定不牢，开关操作多次后发生松动，在操作振动冲击后，引发间歇性放电，也不一定被运行人员发现；有时在柜内，由于全密封或部位看不见，往往很难发现故障部位，直到放电严重，造成绝缘板损坏贯通性击穿，导致事故。在故障停电后检查，可发现绝缘件表面有严重放电或放电后的碳黑，绝缘件因长时间放电而开裂，失去绝缘作用。导电铜排与环氧穿心TA间隙放电，其布置如图2所示。
安装时由于施工误差使导电铜排两侧与TA内层间的间隙d很小，当湿度高或振动大时，造成小间隙放电，放电累积效应，烧坏TA内侧绝缘层引发扩大事故。有时环氧大电流TA内层有屏蔽线，由于安装时环绕铜排多圈，引起屏蔽线中产生很大环流，烧断位线，使TA内屏蔽层与导电体之间不等电位而放电损坏。
图2导电铜排与环氧穿心TA布置简化示意图
1.1.2主母线与绝缘套之间发生放电
主母线与柜内间隔穿墙绝缘套之间发生放电，放电原因，也是导电铜母排与绝缘套间隙小，导致放电。
开关柜小型化后，由于相与相间对地绝缘尺寸小，柜内有机绝缘件表面积污严重，遭到潮湿天气，柜内湿度较高，引起绝缘表面结露而爬电或放电、击穿造成事故。
1.2开关柜发热
开关柜发热主要体现在导电回路发热与开关柜过热。
1.2.1发热原理
导体发热主要体现在导电回路发热与散热两方面，当发热大于散热时，开关柜温度要上升，大于额定温升时，整个开关柜或局部连接处发生过热，严重时发生事故；其中发热主要由导体发热和接头发热以及涡流发热组成。
导体发热与导电回路电阻成正比，当导体截面积设计过小，电阻率较高时发热就严重；导体发热还与负荷电流的平方成正比，在小电流时发热可能不明显，当负荷电流增加达几千安以上时，热量将成百倍的上升，即出现发热、过热现象；导体发热还与发热时间有关，运行时间越长，发热的累积效应越严重；当柜体通风散热不良时，发热将加重。
1.2.2导电回路过热
导电回路接头接触不良引起发热最普遍。突出的部位在：主变总开关大电流回路内手车的触头部位、开关刀闸引线连接处、TA接线板、闸刀主刀口接触部位。由于接线板连接工艺不良，闸刀调试质量不高以及接触部位电化学腐蚀等原因造成这些部位严重发热，调度运行中均常常遇到此类过热故障。
1.2.3涡流发热
由于开关柜运行电流越来越大，涡流发热已成为开关柜发热的一个不可忽视的严重问题。负荷电流在穿墙套管固定钢板内产生交变磁场，进而在其中产生感应电压，由于普通钢板电阻小，所以在其中产生较大的环流，引起钢板发热。当负荷电流大于几千安时，这种涡流发热十分明显。
以某典型的10kV全密闭中置开关柜断面图为例，开关柜中涡流产生的几个常见部位如图3所示。
A—母线室；B—断路器手车室；c—电缆室；D—继电器仪表室；
1.1—泄压装置；1.2—控制小线槽；1—外壳；2—分支小母线；
3—母线套管；4—主母线；5—静触头装置；6—静触头盒；
7—电流互感器；8—接地开关；9—电缆；l0—避雷器；
11—接地主母线；12—接卸式隔板；l3—隔板(活门)；l4—二次插头；
l5—断路器手车；l6—加热装置；l7—可抽出式水平隔板：
l8—接地开关操作机构；l9一底板
图3开关柜断面图
其中涡流发生的主要部位有开关柜主母线间隔板、主母线穿到触头室间隔板、6个手车臂的隔板、主变进线隔板处。有些开关厂的产品在上述部位没有采取防涡流的措施，运行中就发生了涡流发热现象。如容量为50MVA主变压器满载时次级电流达3000A时，会产生严重的涡流发热，所以总柜温度普遍比出线柜的温度要高几十摄氏度。
1.2.4导体发热
由于开关柜内有大量主母线采用铜、铝排等导体，当运行电流越大，主母线发热越明显。目前，采用的铜、铝排杂质含量高，铜排电阻率较大也影响发热，设计热稳定余度小，原来的矩形截面散热面小，加开关柜小型化全密封散热通风差，运行中可以发现主母线室柜门表面温度较高。
1.3开关柜及机械传动操作机构故障分析
1.3.1传动系统故障原因分析
开关柜传动机常常遇到变形、弯曲、连杆拉断、拐臂断裂、铁板厚度不够、传动销子断裂，手车6个触臂与触座中心不对中、手车滑动导轨上下前后不平行，造成操作困难、操作笨重，一些连杆刚度小、锈蚀严重，操作时机械振动厉害。上述这些问题有时造成连杆脱落而相间短路跳闸，或单相接地，严重影响开关柜的可靠运行。
1.3.2操作机构主要存在问题分析
调度运行中经常发生开关拒分、拒合等异常；调试中也常遇到分合闸速度及时间不合格，分合闸动作电压不合格等间隙；操作时可以看到中置柜的机构弹跳比固定柜明显，从而也危及开关的正常可靠运行。
1.3.3操作控制回路存在问题分析
在调试和运行中经常发现：机构控制回路接线固定不牢、：工艺不对甚至接线错误，引线压伤，TA端子排结构不合理，防跳回路不合理等问题，造成开关柜运行中保护拒动，扩大事故。
1.4开关柜内元器件发生故障异常
开关柜是由断路器、手车、TA、TV、氧化锌避雷器(MOA)及导电排、绝缘件等元件组合而成，这些元器件的质量优劣也直接导致开关柜的故障发生，具体常见的故障异常有如下几种：
(1)MOA质量差、持续运行电压不能满足反措要求；
(2)导电铜、铝排含有杂质，电阻率高，加工尺寸偏小。达不到设计标准；
(3)电流、电压互感器质量差、伏安特性差，爬电距离小，成为开关柜的绝缘薄弱点；
(4)带电显示装置质量不稳定，试验工作较麻烦。
以上这些配套设备存在的问题引发开关柜绝缘故障、过热故障，严重影响开关柜正常运行。
2改善运行质量的建议
由上述分析可见，造成10kV开关柜这些故障的原因主要是属于设计制造质量问题，也有安装调试误差，以及运行检修方面的问题；所以应从10kV开关柜的设计制造，安装调试及运行检修全过程采取必要的技术措施和管理措施来提高10kV开关柜的运行可靠性。
2.1加强设计制造阶段全过程质量控制
高压柜产品制造商不可能全部自己生产原材料、元器件，必须向外采购有关元器件。外购原材料、元器件的质量好坏及技术含量高低直接关系到自身产品的性能质量和可靠性，必须高度重视外协件的选择和质量把关。重点应将质量放在重要位置，进行严格的外协件的质量比较、验收、检测梳选等工作，尽量把缺陷及有关质量问题消灭在组装之前。希望选择正规生产厂家的外协件。如要注意合作方的生产设备档次、人员素质状况，工厂管理水平、质量控制保证体系，有关3C认证等，不具备上述基本条件的合作伙伴不可能生产出高水平高质量的配套件。
2.2落实电力行业有关反事故技术措施
针对上述故障分析可见，许多故障都是有反事故措施对策的，只是制造业主不知道或未执行，所以建议运行部门订货及出厂验收时应将电力行业的反事故措施在技术协议中明确，要求厂方将l0kV开关柜的反事故技术措施一并在制造中实施。如对大电流回路穿墙固定板采用割槽后嵌铜条或直接采用不锈钢板等非导磁材料的隔板，都可以较方便地防止过热，一些厂商技术水平较高，已主动在设计时采取了技术措施。如大电流回路铜排已采用了弧型表面，或采用空心铜管结构。
2.3提高安装调试工艺水平
由上分析，开关柜绝缘问隙不合要求放电，机构传动系统有卡涩，开关手车操作不灵活等问题均通过调整和提高施工工艺可以解决，导电回路发热在设计载流量满足要求的前提下也可以改进接触结构，紧固工艺得到解决。
2.4加强对10kV开关柜运行巡视检测
遇到柜内的异声要仔细分析，有时一个小放电现象等到下次巡视时可能已发展为绝缘故障，巡视时必须高度认真细致；同时加强对导电回路进行红外线带电测温，可以提高设备过热故障巡视水平，特别对主变大电流回路有关接头的检测，一旦出现温度异常升高，即可以先通知调度转移负荷来防止过热恶化成事故；对开关运行要随气候变化进行改善，应加装室内除湿装置，防止湿度高引起开关柜内绝缘闪络，在夏季，环境温度较高，设备负荷电流又大，产热高，应加强10kV开关室通风排热来降低设备温升，防止过热。
3结语
本文对电网调度范围10kV开关柜运行中发生的故障异常进行了统计分析，详细剖析了几类10kV开关柜故障发生的原因，提出防止这些运行中发生故障的技术措施，也提出了从设计制造、出厂验收、现场安装调试、运行中巡视检测等全过程加强技术管理的建议，希望能对进一步提高10kV开关柜制造水平及运行可靠性水平有一定的指导作用。
