乌江站两起10kV开关柜故障的对比分析与几点思考

乌江站两起10kV开关柜故障的对比分析与几点思考

吴翔

（安徽省驷马山引江工程管理处238251）

摘要：以驷马山灌区乌江站近年发生的2例10kV高压室内开关柜停电故障作为典型案列，分析得出凝露是造成套管绝缘击穿，发生单相接地故障的主要原因。本文通过两起案例对比，主要从保护动作、实物坏损等方面分析，并针对故障暴露的问题提出处理方法及改进方案。

关键字：开关柜；保护；绝缘击穿；凝露

一、故障前运行方式

乌江站开关柜型号为KYN28A-12，电源接乌江110KV变电所105，106线，其中106线运行，105线冷备用，10kVⅠ段、Ⅱ段单母线联络运行。如图1所示。

图1乌江站电气主接线图

1.1故障情况

案例1：2015年7月3日21时，乌江站值班员在巡查中听到高压室7#电动机开关柜有“噼噼啪啪”放电响声，闻到臭氧味，发现柜顶放电弧光明显，值班人员立即将检查的情况上报，很短时间柜顶出现火光，母线室出黑烟，Ⅰ段进线柜过流Ⅰ段保护动作，自动跳闸。

案例2：2017年8月9日20时，乌江站突发故障停电，运维人员现场检查发现Ⅰ段、Ⅱ段进线柜均未故障报警，各断路器指示开关均在合位，没有跳闸，故起初推测是否供电公司因夏季大负荷限电或上一级出线柜误动作，经联系和县供电公司，其检修人员来110kV变电站现场检查发现，乌江站Ⅰ段电源柜10kV母线B相过流，引起该变电站106线10kV出线保护动作，导致越级跳闸。

1.2故障处理

在事故发生后，采取主母线分段解决的措施，分批次更换了柜内故障母线设备及绝缘套管。2015年8月、2017年7月分别将Ⅱ段、Ⅰ段侧断路器手车推出，用酒精将动、静触头擦拭干净，更换烧损及锈蚀母线铜排，母排装热缩套管，确保绝缘性能；清扫母线室内壁锈蚀，吸尘器吸出积尘锈蚀物；更换穿墙套管及触头盒，用酒精清洗母排折弯等处。对更换后10kV母线排耐压试验，试验结果合格。通过更换柜内母线设备及绝缘套管，运行至今，检查发现效果较好，放电及臭氧味明显减少。

1.3设备损坏情况

案例1中，电源柜停运后，运维人员到现场检查设备，发现母线室顶部有电弧放电烧穿的孔洞，柜与柜之间缝隙也有烧灼痕迹（见图2），母线排部分烧损明显，已烧熔，并呈圆弧型缺口。打开该开关柜后上柜门，母排间隔内各处均有灼烧的黑灰，A相铜母线排烧损且有毛刺缺口，左侧A相穿墙套管烧损严重，呈碳化粉末状（见图3）。其余各相穿墙套管内壁放电痕迹明显、烧损较严重，触头盒有沿面闪络痕迹（见图4）。检查Ⅱ段相邻柜均有不同程度凝露现象，母线排穿静触头盒、TA壳体等部位有受潮霉变痕迹，各柜壁锈蚀严重，高压室内相对湿度已达89%。

图5Ⅰ段进线母线室B相母排折弯烧灼情况

案例2中，打开开关柜门后，现场检查柜内设备，发现Ⅰ段进线母线室B相母排折弯烧灼变黑（如图5），穿墙套管内壁放电痕迹明显，套管内有较多粉渣且较为潮湿，母线室内壁锈蚀严重，母排氧化明显，铜绿附着在表面，柜体内壁四周、穿墙套管、触头盒等处均有受潮凝露现象。

二、原因分析

（一）案例1原因分析

1、保护动作行为分析

故障发生后，经查7#机组主保护差动速断电流整定为2.38A，时限0s（变比为300/5A），折算为一次电流为142.8A,一段电源进线柜电流速断整定值为5.34A,时限0.5s（变比为：1500/5A），折算为一次电流为1602A，而保护装置上的故障为“差动速断，A相过流2.54A”，故引起7#机组差动速断，进线柜电流速断保护不动作。由于穿墙套管绝缘被击穿，虽然7#机组被切除，但绝缘击穿故障点仍存在，母线A相单相接地，过流Ⅰ段保护动作，导致跳闸。

（二）开关柜实物分析

（1）母线排的绝缘问题。开关柜母排未预装热缩套管，仅刷一层绝缘漆，高湿环境运行较长时间后会出现绝缘漆脱落等问题，绝缘失效后在潮湿环境下长时间运行，母线排表面布满铜锈并有凝露现象，最重要的是对柜内的异构部位和母排搭接部分均不能做到很好的绝缘处理，很容易发生沿面放电和爬电问题。

（2）从图2、3照片可判断，故障发生在7#电动机开关柜母线室内，开关柜顶封板电弧烧穿孔洞，明显经过高温烧灼；A相套管烧损严重，呈碳化粉末状，分析为开关柜穿墙套管出现放电引起了套管绝缘击穿，造成开关柜单项接地故障引起跳闸，而且A相铜母线排烧损且有毛刺缺口，说明故障为A相单相接地的故障点。

（三）案例2原因分析

1、保护动作行为分析

Ⅰ段电源柜10kV母线B相过流，引起110kV变电站106线10kV出线保护动作，导致越级跳闸，保护动作行为异常，本级未跳闸，而引起上一级系统保护动作。发生越级跳闸，即系统故障时，应由本级保护定值整定优先跳闸的断路器来切断故障，但因故由系统上级其它断路器来切除故障。而其原因无外乎：（1）10kV系统上下级保护定值配合不当，当下级发生故障时，本级保护不动作或者上级保护优先动作。（2）上下级保护时限配合不当，当发生故障时下级保护时限未到而上级保护时限先到，上级保护就会先动作，从而越级跳闸。

案例2中Ⅰ段进线母线室B相母排折弯已烧灼变黑，应过流保护动作切除，但主备保护均未动作，这明显就属于上下级保护定值配合不当或下级保护时限未到而达到上级保护时限。母线保护的主要方式：一是利用供电元件的保护装置来保护母线，二是装设母线的专用保护。前者优点在于简单、经济，但一般供电元件的快速动作的主保护如差动保护，不能反映母线故障，应由其后备保护动作，而往往切除时间较长，此外双母线同时运行或单母线分段运行时，上述主备保护不能保证有选择性地切除故障母线，因此也需从安全角度考虑安装母线专用保护装置。开关柜检修后，联系当地供电部门，按其机电保护及自动装置整定值通知单的要求重新整定保护定值，如下表。

2、绝缘套管情况分析

经过现场检查Ⅰ段进线母线室母排折弯、绝缘套管的烧损情况、放电部位以及母线室内壁氧化锈蚀情况、柜底电缆沟进水等，初步分析判断为汛期雨季，设备在运行过程中受潮，在绝缘表面产生凝露，以致附着污秽使绝缘降低，并导致母线排与绝缘套管污闪放电，而且放电一直持续下去，造成绝缘套管的不断老化，直至出现绝缘击穿，造成开关柜接地故障。绝缘套管凝露是造成穿墙套管绝缘击穿的主要原因。

三、故障暴露的问题

1、10kV开关柜均在高压室内运行，且为封闭式开关柜，忽视了凝露对运行设备带来的问题。

母线排处于封闭空间，散热性差，通风条件不好，巡查难度大。此前开关柜母线排又未装热缩套管，绝缘性能差。

高压室地势低，雨季电缆沟时常会积水，空气湿度较大，开关柜底部用防火泥等有机堵料进行多次封堵，却无法100%的堵住潮湿空气从电缆层进入开关柜内。

早期开关柜内元件布局及场强设计不合理，后期添置的开关柜，从型号、尺寸等各方面与原开关柜不匹配，施工安装质量不到位，柜与柜之间的缝隙较大。

高压开关柜的运行维护和保养，受开关柜负荷限制（包含生产、生活与办公用电），保养难度大，汛前开关柜设备维护保养做不到位。

四、处理方法及几点思考

1、处理方法

从运行环境、开关柜设计、柜内元件质量等角度出发，提高开关柜的制造工艺，采取有效措施改善柜内各处电场分布，避免局部场强集中；选用经试验验证、可靠性高的电气元件；采取有效措施改善开关柜的运行环境[1]。

2、几点思考

（1）高压开关柜的运行维护和保养应于每年汛前完成，且保养应利用晴好天气停电处理。保养范围包括柜内与柜外，如柜内的套管与绝缘子，绝缘隔板与绝缘护套，触头盒，真空断路器，电压互感器与电流互感器等的维护保养；柜外如壳体、接地链接、闭锁装置等的维护保养。

（2）汛期电缆沟积水问题应尽快处理，可在站区高压室外深挖集水井（比电缆沟低），使电缆沟及其周边积水渗向集水井，大功率潜水泵强排，确保电缆沟内干燥。

（3）通过温湿度控制器加热器加热柜内空气，减少温差，安装柜外智能风机系统，降低周围空气湿度来解决运行环境问题；二是通过提高绝缘性能，更换柜内故障母线设备及绝缘套管，母线室内加装智能除湿装置以解决电气柜的凝露问题。

五、结语

乌江站10kV高压开关柜的供电质量关系到驷马山灌区防汛抗旱的调度运行，因而对于安全稳定的供电要求更高，必须彻底解决2次故障暴露出的问题，针对性处理，同时尽快考虑开关柜的全面改造。

参考文献：

[1]崔景春等.高压交流金属封闭开关设备，北京：中国电力出版社，2016.7.162.