开关柜典型故障分析.doc

高压开关柜典型故障分析电力系统广泛使用10kV(含6kV)35kV开关柜，担负着发电厂用电、变电站和用户供电的任务，且用量大，分布广。由于1OkV35kV开关柜的设计、制造、安装和运行维护等方面均存在不同程度的问题，因而开关柜事故率比较高，危及人身、电网和设备安全，影响供电可靠性。一、下面列举几种类型的开关柜事故（故障）案例：（一）开关柜防爆性能不足或防误性能不完善，危及人身安全；由于开关柜防爆性能不足或防误性能不完善，近几年省内外发生多起人身伤害事件，以下列举四起事故：1. 2006年2月 24日，某 220kV变电站 10kV高压开关柜（GGX2型）由于馈线故障，开关发生拒动，运行人员在处理开关拒动过程中，当拉开开关，确认开关位置指示处于分闸位置后，操作拉开隔离刀闸时，发生弧光短路，造成 2人重伤 1人轻伤。事故后现场检查发现：该开关操作机构 A、B相拐臂与绝缘拉杆连接处松脱，造成 A、B相主触头未分开，在操作拉开隔离刀闸时发生弧光短路。由于906柜压力释放通道设计不合理，下柜前门强度不足，弧光短路时被电弧气浪冲开，造成现场人员被电弧灼伤。开关柜的上述问题是人员被电弧灼伤的直接原因。2. 7月 1日，某单位发生一起因变电运行人员擅自打开10千伏开关柜柜门，误碰带电部位造成的人身触电死亡事故。设备缺陷是事故发生的又一间接原因。由于 6522A相刀闸动触头绝缘护套老化，松动后偏移，刀闸断开时护套卡入动触头与刀闸接地侧的静触头之间，造成刀闸合闸时卡涩合不上。且该 GG1A型高压开关柜系 60年代设计的老旧产品，96年生产，97年投运；原安装有机械程序防误锁，于 2002年改造为微机防误装置，由于此型号的高压开关柜原设计不完善，不能实现线路有电强制闭锁。3. 2009年9月30日，某220kV变电站发生一起10kV开关柜内部三相短路，电弧产生高温高压气浪冲开柜门，造成2名在开关柜外进行现场检查的运行值班员被电弧灼伤，其中1人于10月1日死亡。4. 2010年8月19日，8月19日，某单位在更换某220kV变电站10kV I段母线PT过程中，工作班成员触碰到带电的母线避雷器上部接线桩头，造成2人死亡、1人严重烧伤。初步分析，事故主要原因为厂家设备一次接线错误。根据国家电网公司典设和设备订货技术协议书，10千伏母线电压互感器和避雷器均装设在10千伏母线设备间隔中，上述设备的一次接线应接在母线设备间隔小车之后（见附图1）。而开关柜厂家在实际接线中，仅将10千伏母线电压互感器接在母线设备间隔小车之后，将10千伏避雷器直接连接在10千伏母线上，导致拉开10千伏母线电压互感器9511小车后，10千伏避雷器仍然带电（见附图2）。变电站运行人员按照工作票要求，拉出10千伏段母线设备间隔9511小车至检修位置，断开电压互感器二次空开，在段母线电压互感器柜悬挂“在此工作”标示牌，在左右相邻柜门前后各挂红布幔和“止步，高压危险”警示牌后，向调度汇报。变电站运行人员与工作负责人一同到现场对10千伏段电压互感器进行验电，由于电压互感器位置在9511柜后，必须由施工人员卸下柜后档板才能进行验电，在验明电压互感器确无电压之后，运行人员许可施工人员工作。由于电压互感器与避雷器共同安装在10千伏段母线设备柜内（见附图3），施工人员在工作过程中，触碰到带电的避雷器上部接线桩头，造成人员触电伤亡。图1：附图2附图3：（二）开关内设备接（触）头过热性故障封闭式开关柜在运行中不能打开，因此难以测量运行中柜内接（触）头的实际温度，如不及时发现并处理接（触）头过热性缺陷，严重威胁电力安全生产。固定式开关柜每个进出线间隔共有负荷电流流过的33或39个接（触头），小车移动式开关柜每个进出线间隔共有负荷电流流过的24个（或更多）接（触头）。这些接（触）头直接流过负荷电流，当负荷较大时存在隐患的接（触）头就会严重发热。由于发热点在密封柜内，运行中的柜门禁止打开，值班人员无法通过正常的监视手段发现发热缺陷。一旦触头发热严重必然造成事故发生，影响系统安全运行。下边四起故障分析。1. 2007年2月3日23时59分，某变电站10kV电容器组III644开关跳闸，保护装置显示“过流I段动作”。现场检查发现，10kV配电室有浓烟，10kV电容器组III开关柜下部有着火现象。第二天检查情况：10kV电容器组III 644开关柜内B相CT和铝排连接处松动引起发热导致该处烧断和热缩材料燃烧，A、C相也有放电痕迹。2. 2009年8月16日晚，某变电站发生10kV开关柜故障，烧损多面开关柜。10kV农专线柜（开关、CT、静触头及套管、母排及相接铜排、母排套管、保护测控装置、屏顶小母线、电度表、二次控缆烧损；出线电缆头轻微灼伤）； A相 B相 C相 开关 电缆头及CT 母线 10kV下白货柜（母排、母排套管、静触头及套管、保护测控装置、屏顶小母线、电度表、二次控缆烧损；相接铜排、开关、CT、出线电缆头轻微灼伤）； 母排 保护及二次控缆10kV医院柜（母排、母排套管、静触头及套管、保护测控装置、屏顶小母线、电度表、二次控缆烧损；相接铜排、开关、CT、出线电缆头轻微灼伤）； 保护及二次控缆 母排故障原因分析：10kV农专线开关柜由于隔离插头接触不良，开关长期在满负荷运行，触头发热引起梅花触头的弹簧退火变形，失去弹性，造成该隔离插头接触电阻变大，运行中发热烧熔，烧损触头周围的绝缘件，最终绝缘击穿，造成触头相间短路故障。2. 2010年8月12日某变电站#1主变低压侧631开关因发热造成开关柜内部三相短路烧毁。初步分析是：1#主变 10kV侧 631手车开关柜内断路器 A相母线侧梅花插头（上侧）与静触头间接触不良发热，最终发展成梅花插头对静触头电弧放电，导致真空断路器铜触指严重烧损，散热件熔化，穿墙套管烧毁并产生大量的含有金属离子、碳合物的烟气，造成母线三相对地短路（见附图）。开关柜接线图断路器A相触指被电弧烧损。3. 2006年3月8日，某单位在处理某变电站#1主变10kV侧61A3刀闸缺陷时发现：、61A3刀闸断不开，外观检查静触指存在局部过热痕迹。、#1主变10kV侧61A1刀闸下断口A相丢掉两只静触指，静触头夹紧弹簧有过热的痕迹，C相静触头夹紧弹簧有过热的痕迹（有三只弹簧熔在一起），C相支柱绝缘子上有被热气薰的痕迹。、10kV分段回路6001刀闸下断口C相丢掉一只静触指，静触头夹紧弹簧有过热的痕迹（有一只弹簧熔在一起），上断口也存在类似的问题。该变电站该段母线的开关柜型号为GGX2， 61A1、61A3刀闸和10kV分段回路6001刀闸均为户内高压旋转式隔离开关，型号均为GN30-10，4S热稳定电流均为40kA，额定电流：3150A（61A1、61A3刀闸）、2000A（6001刀闸）。动静触头过热的原因分析：这种刀闸合闸时，静触指与静触座间有间隙，接触的点、面少，在通过大电流时，固定静触指与夹紧弹簧的螺栓和夹紧弹簧参与分流、导电，造成有些螺栓烧断（静触指丢落的原因）和夹紧弹簧过热退火，也造成动、静触头接触不是很好，造成动静触头局部过热、熔焊。图1 61A1刀闸C相触头的过热情况 图2 61A1刀闸A相触头的过热情况图310kV分段回路6001刀闸的过热情况 图4丢落的静触指和烧断的固定静触指、夹紧弹簧的螺栓（三）小动物进入开关柜引起短路故障2006年9月14日，某单位某变电站#1主变后备保护动作，跳三侧开关。检查发现，10kV开关室烟雾弥漫，10kVI、II段母线联络柜内6001刀闸与10kV母联600开关之间连接线发生相间短路，10kVI、II段母线联络柜下柜门被冲开，下柜门上的观察窗与、断路器前柜门上电磁锁被高温熔化，后柜门下方被电弧烧个洞。10kVI、II段母线联络柜底部有只毛烧光的死老鼠，隔壁柜（备用柜）底部电缆孔洞未封堵（该开关柜原为运行间隔，配网调整间隔，该柜内电缆调到其它开关柜，电缆抽走后孔洞未封堵），10kVI、II段母线联络柜与隔壁柜间的接地铜排穿孔未封堵。故障原因分析：老鼠从隔壁柜电缆孔进入，再经10kVI、II段母线联络柜与隔壁柜间的接地铜排穿孔爬到10kVI、II段母线联络柜，老鼠活动时引起短路。（四）开关柜内组件绝缘爬距或绝缘距离不足引起开关柜故障早期投运的开关柜支持瓷瓶及电流互感器等的外绝缘爬距较小，当运行中绝缘表面出现凝露或有污秽时，系统中出现不高的过电压或运行电压下发生绝缘件沿面闪络。还存在对地和相间距离不够，在系统单相接地谐振或雷电等过电压情况下，直接造成对地或相间击穿。福建省电力有限公司户内交流金属封闭高压开关柜订货技术规范（闽电生产2008480号）高压开关柜中各组件及其支持绝缘件的外绝缘爬电比距（即高压电器组件外绝缘的爬电距离与额定电压之比）相应值的应用范围应不小于 18mm/kV。单纯以空气作为绝缘介质的开关柜，柜内各相导体的相间与对地距离、手车开关隔离触头与静触头绝缘护罩的净空气距离、相间隔板与绝缘隔板的净空气距离：12kV为125mm，40.5kV为300mm。户内交流高压开关柜订货技术条件（DL 404-1997）规定：在金属封闭式高压开关柜中，凡采用非金属制成的隔板来加强相间或相对地间绝缘时，7.212kV高压带电裸导体与该绝缘板间还应保持不小于30mm的空气间隙；40.5kV，保持不小于60mm的空气间隙，且为阻燃材料制成。2008年9月6日，某变电站#1主变差动速断动作跳闸。从现场检查分析认为：#1主变中压侧33A开关柜过压保护器的A、B相跳线（从固定铝排引至过压保护器的连接铜线）过长，跳线弯曲弧度较大， A、B相跳线同时侧向绝缘隔板，其跳线与绝缘隔板的电气距离（最小处）仅5cm左右。A、B相跳线之间的绝缘仅通过绝缘隔板隔离，长时间运行中造成A、B相跳线对绝缘隔板放电，绝缘档板被碳化后，绝缘破坏并击穿，引起A、B相短路。A相 B相（五）开关柜组件质量（如过电压保护器、传感器等）劣引起开关柜故障1. 9月30日8时31分，某变电站10kV中亭I线633开关因过流段保护动作跳闸。现场检查10kV中亭I线633开关柜内过电压保护器A、B相爆炸，该开关柜前柜门下柜门被冲开，前柜门中柜门（断路器前门）轻微变形，柜内其他设备未损伤。2. 2004年11月10日，某110kV变电站因10kV开关短路引发10kV母线故障，造成该变电站全停及10kV部分设备严重损坏。现场检查情况：最严重的母联刀闸柜的带电显示器传感器（福州高新高压电器有限公司产品）烧损情况：发现A、B相已烧成灰，C相略好；结合刀闸触头烧损情况：C相触头基本完好、A相略有烧损、B相最为严重。推测故障是从B相带电显示器引发，导致电弧相间短路。为了进一步验证造成本次事故的原因，对开关柜内未损坏的带电显示器传感器，抽两只传感器进行解剖，发现内部芯棒填充剂软化，存在绝缘薄弱点。由于10kV系统出现失地引起过电压，使传感器内部局部放电，逐步发展为贯穿性击穿，造成相间短路。此外，开关柜故障的原因还有检修预试时在开关柜遗留工具或短接线接地线、误操作等。开关柜故障往往会出现“火烧连营”事故，多面开关柜被电弧烧毁， “惨”不忍睹。造成事故扩大的原因主要有三点：首先，由于开关柜母线室是连通的，当一个间隔故障时，电弧侵犯邻柜造成“火烧连营”;其次，继电保护整定配合不尽合理，保护动作时间过长或保护有缺陷不动作靠上一级保护动作隔离故障，故障时间长造成电弧损害加重;最后一个原因则是高压电弧故障时引起保护损坏或直流电源故障，造成保护失灵，短路长时间不消失，整个高压室几乎所有的开关柜均烧毁，最后连主变lOkV低压架空母线都被弧光烧断，直至越级跳闸，往往连主变也被长时间短路所损坏。二、防范措施：（一）加快老旧开关柜（如GG1A、GGX2、XGN型等）改造或完善化大修。各单位要按关于印发2008-2010年县供电企业电气设备技改、大修指导性意见的通知（生变2007145号）加大老旧开关柜技改力度，运行时间短、达不到技改的条件的开关柜要按省公司完善化方案开展完善化大修。开关柜内绝缘可靠性低的酚醛环氧类绝缘子和爬距不足的绝缘子安排更换为符合要求的瓷绝缘子。母线加阻燃热缩绝缘套，绝缘套本身应耐受20 U,的交流耐压，目的是防止小动物爬人柜内造成短路,也可防止因烟气、游离气体进人时空气间隙绝缘降低造成的弧光短路。（二）做好开关柜订货、出厂前验收、安装与验收管理工作根据国际、电力行业标准和预防交流高压开关事故措施（国家电网公司生2004641号）、预防12kV-40.5kV交流高压开关柜事故补充措施（国家电网生2010811号）、福建省电力有限公司户内交流金属封闭高压开关柜订货技术规范（闽电生产2008480号）等文件，做好开关柜招标文件、订货技术协议的审查工作，开关柜出厂前赴厂验收，开关柜安装调试过程安排专业人员开展技术监督工作，组织做好开关柜投产前的验收工作。把好10kV开关柜的选型及采购关。选型要注意开关设备有关参数是否满足现场运行条件。对开关柜所配的元件应严格把关，尽量选用运行情况良好的产品；并要求验收时，开关设备配置要有各元件试验报告，特别是带电显示器的传感器的局放试验报告，杜绝不良设备入网。（三）加强巡视运行管理1. 加强巡视中的安全管理，巡视或操作时应严格按照安规和标准作业文本(含标准巡视卡)或 PDA以及操作票的要求进行，巡视或操作时着装应规范，并注意站位。2. 开关柜操作前应确认柜内断路器和隔离开关的实际状态，进行倒闸操作时，应严格监视设备的动作情况，如发现机构卡涩、动触头不能插入静触头、合闸不到位等，应停止操作，待缺陷按规定程序消除后再行操作。3. 对防误、防爆等功能不符合规范要求的开关柜，应逐一列出清单，做好危险点分析和预控措施，纳入红线设备管理，并根据红线设备要求在开关柜面板上张贴标识，有计划地安排改造。4. 巡视中应注意开关柜的门和面板是否锁紧，对螺栓丢失、损坏的，应及时上报缺陷处理。5. 严格按照福建省电力有限公司高压带电显示装置管理规定的要求，做好开关柜带电显示装置的巡视和维护工作，确保带电显示装置工作正常。6. 对重负荷的开关柜，应重点巡查。无法开展柜内测温的开关柜，可检查柜体温度是否异常。7. 加强保护定值及压板投退管理，避免由于定值或压板投退错误造成事故扩大。8. 在开关柜配电室配置通风、防潮设备和湿度计，并在梅雨、多雨季节或运行需要时启动。（四）加强检修维护管理1. 开关柜检修重点对触头接触情况（有无过热变色的痕迹）、柜内电气主回路连接螺栓紧固、传动部件轴销的固定情况、机构辅助开关接触、操作机构手车轨道及闭锁装置部件是否有机械变形或损坏等情况等进行检查。对于变电站电容器组等操作频繁的高压开关柜要适当缩短巡视检查和维护周期。2. 已运行的开关柜结合停电检查，开关柜底部以及柜与柜间孔洞是否封堵，有无小动物进入的可能。3. 检修试验结束后，应重点检查开关柜有无遗留工具、物件以及试验用的短接线、接地线。4. 由于GGX2、XGN等型号开关柜选用运行中易造成发热的旋转隔离开关(如GN30-12型隔离开关)，应结合停电检查隔离开关触头（含弹簧）有无过热或烧损，重点为大电流开关柜（如主变进线柜、分段开关柜等）。5. 对重负荷且无法开展测温的开关柜尽快安排停电检查，可选一、二座变电站尝试安装开关柜在线测温装置。6. 结合停电检查开关柜各相带电体之间、相对地之间空气距离是否符合规范要求（如35kV开关柜的为300mm，10kV开关柜的为125mm）。7. 结合停电检查开关柜的机械联锁，是否满足“五防”要求。检查开关柜内手车活门打开、关闭是否灵活正常。（五）10、35kV出线多的变电站安排10、35kV系统电容电流测量，10kV电缆线路电容电流达30A和35kV系统电容电流达10A需安排安装消弧线圈。1035kV母线PT安装消谐装置。