《电气开关＞（２０１２．Ｎｏ．３） ９３ 文章编号：１００４—２８９Ｘ（２０１２）０３—００９３—０３ 一起由雷击引起３５ ｋＶ开关柜内部放电引发的思考 刘广，赵良涛，范钧伟 （宁波电业局，浙江 宁波３１５６００） 摘要：介绍一起由雷击引起３５ｋＶ开关柜内部放电并导致母差保护动作的事故，通过对事故的调查分析，提出 改进建议和防范措施。 关键词：３５ｋＶ；开关柜；故障；分析 中图分类号：ＴＭ５９１ 文献标识码：Ｂ Ｔｈｉｎｋｉｎｇ ｏｆ ３５ｋＶ Ｓｗｉｔｃｈ Ｃｕｂｉｃｌｅ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｃａｕｓｅｄ ｂｙ Ｔｈｕｎｄｅｒｓｔｒｉｋｅ ＬＩＵ Ｇｕａｎｇ，ＺＨＡＯ Ｌｉａｎｇ－ｔａｏ，ＦＡＮ Ｊｕｎ—ｗｅｉ （Ｎｉｎｇｂｏ Ｐｏｗｅｒ Ｂｕｒｅａｕ，Ｎｉｎｇｂｏ ３ １ ５６００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａｎ ａｃｃｉｄｅｎｔ ｏｆ ３５ ｋＶ ｓｗｉｔｃｈ ｃｕｂｉｃｌｅ ｉｎｔｅｍａｌ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｔｏ ｌｅａｄ ｂｕｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ａｃｔｉｏｎ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｕｎｄｅｒｓｔｒｉｋｅ．Ｂｙ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｃｃｉｄｅｎｔ，ｅｘｐｌａｍｉｎｓ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：３５ ｋＶ；ｓｗｉｔｃｈ ｃｕｂｉｃｌｅ；ｆａｕｌｔ；ａｎａｌｙｓｉｓ １ 前言 某变出现“黄坛３２０９线Ｂ相接地”信号（３５ｋＶ线路）。 当值人员汇报调度后，在调度要求下试拉黄坛３２０９开 目前３５ｋＶ高压开关柜广泛应用于变电站，其技 关，此时后台又相继出现“３５ｋＶ ＩＩ母母差保护动作”、 术在近十年来有了较大进步。但在设计、安装和运行 “纺织３２０４开关跳闸”、“岔路３２０８开关跳闸”、“跃电 维护等方面仍存在着不同程度的问题。３５ｋＶ开关绝 ３２１０开关跳闸”、“２＃主变３５ｋＶ开关跳闸”、“电容 缘损坏发生故障，开关爆炸等时有发生，对变电所的安 ３２００开关跳闸”等一系列信号，至此３５ｋＶ ＩＩ段母线上 全运行构成了明显的威胁，高压开关柜作为电力系统 所有开关全部跳开。 中一个非常重要的电气设备，其内部绝缘部分的缺陷 ２．２事故检查情况 或劣化、导电连接部分的接触不良都将威胁到电力系 值班人员现场检查情况如下：黄坛３２０９线路避雷 统的安全稳定运行。根据１９８９—１９９２年间全国电力 器动作一次；３５ｋＶ母差保护（ＢＰ一２Ｂ）动作报告显示： 系统６—１０ｋＶ开关柜事故统计，绝缘盒载流引起的故 “母差差流：２６Ａ，故障相：ＡＢＣ”；３５ｋＶ开关室内有一 障占总数的４０．２％，其中由于绝缘部分的闪络造成的 股极其微弱的烧焦气味。 事故占绝缘事故总数的７９．０％。我电力公司近几年 为查找故障点，随后区调下令将３５ｋＶ １Ｉ段母线上 也出现了多起高压开关柜内部短路事故，通过对这些 的各出线开关改为冷备用、３５ｋＶ ＩＩ段母线改为检修。 事故的原因进行调查分析，并提出行之有效的解决方 待上述操作完毕后，检修人员检查发现：跃电３２１０开 法，这对我们预防类似事故，提高电力系统安全稳定运 关Ａ相下触头支持瓷瓶有击穿痕迹，开关Ａ、Ｂ、Ｃ三相 行可靠性有着十分重要的意义。 触头的塑料外套及柜内绝缘挡板有放电痕迹，柜内保 ２事故全过程回放 护ＣＴ在短路电动力作用下被拉裂损坏。为了检查设 备损坏程度以及确定３５ｋＶ ＩＩ段母线上其他间隔是否 ２．１事故概述 存在故障点，检修人员对相关设备进行了耐压试验；经 ２００７年９月１日１１：５７分，当时雷雨交加，２２０ｋ￣ 过试验验证，除跃电３２１０开关柜内触头外套等放电套 ９４ 《电气开关》（２０１２．Ｎｏ．３） 管以及保护ＣＴ拉裂需要更换外，其他设备均正常。 时认为连接螺栓拧得愈紧愈好，其实不然。特别是铝 质母线，弹性系数小，当螺母的压力达到某个临界压力 ３事故暴露出的一些问题 综上所述，此次设备故障引起事故的主要原因在 值时，若材料的强度差，再继续增加不当的压力，将会 造成接触面部分变形隆起，反而使接触面积减少，接触 于：恶劣天气情况下，雷击使黄坛３２０９线发生Ｂ相接 地故障，Ａ、Ｃ相电压升高且产生间歇性电弧接地过电 压；跃电３２１０开关柜内尤其是手车下触头至后柜处出 现绝缘薄弱的地方，导致承受不了雷击带来的间歇性 电弧接地过电压，造成三相短路，并最终导致母差保护 动作。 电阻增大，从而影响导体接触效果；另外在安装检修工 艺过程中，如母线在加工、连接、安装过程中，对母线接 触表面处理不到位、不平整、不光滑、没有涂专用电力 脂等，导致有效接触面积减少接触电阻增大而发热。 （４）高压开关室的整体设计欠妥，除潮措施不力。 高压开关室内的窗口和换气口设置不够合理，平 日阳光无法照射进来，室内空气流通不够，室内除潮除 湿控制装置未按规定正确投入；同时柜体内未设置除 潮装置，绝缘隔板产生缺陷后绝缘水平降低，从而易引 此次设备故障引发的事故至少暴露出以下几方面 的问题： （１）产品工艺质量不良。 此次发生绝缘击穿的设备是耐吉公司生产的 ＫＹＮ６１ Ｂ型金属铠装柜，配ＺＮ８５型真空断路器。从运 行情况来看，该类型的开关柜在正常操作过程中经常 会出现连锁件变形、柜内绝缘件放电、手车位置不到位 等缺陷，总体上整个柜型问题偏多，而使用中的ＡＢＢ 开关却从未出现此类问题。这暴露出耐吉开关在设 计、结构、绝缘材质选型等方面还存在诸多问题，如选 起绝缘隔板与触头等其他部件之问的闪络放电。 ４解决方案和措施 针对以上暴露出的问题，笔者认为应该从以下几 个方面进行加强和处理： （１）对耐吉产ＫＹＮ６１ Ｂ型金属铠装柜开展更换改 造工作，对现有尚不能退役的进行更换绝缘件（触头 盒、套管、绝缘子等）处理，更换为优质产品，提高绝缘 强度和阻燃水平。设备故障作为突发性故障，令运行 人员防不胜防。但是在条件允许的情况下采用质量更 好的产品（如ＡＢＢ开关）无疑将大大降低设备故障几 率，同时也将释放运行人员身上的一部分压力。 用的导体材料电导率不满足要求、导体原材料纯度不 够以及生产工艺不精等。 （２）柜体检查维护措施不力，柜内发热缺乏有效 的监测手段。 目前，封闭式开关柜已在电网中大量使用，而开关 柜的内部发热问题一直是电力安全生产中的一个难 （２）采取科学有效的方法对高压开关柜内部温度 实行在线监测。ＧＢ／Ｔ１１０２２—１９９９《高压开关设备和 题。若线路负荷过重或者线路受到短路电流的冲击， 设备的薄弱环节就会发热，如接头部位。接头发热后 其材料的机械强度、物理性能、绝缘强度都将下降，从 而导致接头弹性老化、接触不良。此种情况若得不到 控制设备标准的共同技术要求》规定，在开关设备温 升试验规定的条件下，当周围空气温度不超过４０℃ 时，高压开关设备和控制设备部件的温升极限如表１ 所示 。 表１最大允许温升（单位：Ｋ） 环境 及时处理，发展下去则可能导致设备故障进而引发事 故。由于平时开关柜处于封闭状态，因此我单位采用 的红外测温仪无法透过柜门测量内部设备；封闭式柜 门的大部分接头透过观察窗无法看到，若采用粘贴测 温蜡片的方法测温，那也只能在开关停电检修时检查 接头有无过热情况，对于事故预防作用不大。用手摸 柜门感知柜内温度，通过异常气味、声响发现设备过热 等方法具有很大的随意性和偶然性，不够科学、严谨。 部件类别 在空 在ｓＦ６ 气中 气体中 在油中 ３５ ６５ ５０ ５０ 裸铜、裸铜合金 触头 镀银或镀镍 镀锡 裸铜、裸铜合金 ６５ ６５ ５０ ７５ ４０ ５０ ５０ ６０ （３）设备安装质量不高、工艺不严，检修维修质量 有待提高。 施工安装时，高压开关柜内小车式开关动触头与 固定的静触头位置如有偏差，开关推入后动静触头就 可能接触不实，造成过热；部分安装或检修人员在工作 联接 镀银或镀镍 镀锡 ７５ ６５ ７５ ６５ ６０ ６０ 受手摸感知柜内温度方法的启示，可以考虑在开 《电气开关》（２０１２．Ｎｏ．３） ９５ 关柜内排气孔处安装温度传感器，设定传感器监测到 求［ｓ］． 柜内空气温度值或空气温度与环境温度差值达到规定 ［２］ 郑锡恩，崔庆宇．小车式开关柜内接头过热故障预防［Ｊ］．安全， ２００９，６． 值即发出报警信号。温度信号通过Ａ／Ｄ转换后输入 到计算机，然后计算机通过采集到的开关负荷数据与 收稿日期：２０１１－０８—０２ 之进行对比分析，确定开关负荷和温度之间的曲线关 作者简介：刘广（１９８３一）。男。工程师，２００６年四川大学电气工程及其自动化专 业本科毕业．现从事变电运行技术工作； 系，最后通过负荷一温度曲线确定报警温度值。 赵良涛．男。本科．助工．从事变电运行技术工作； 对于有人值班变电所，值班人员可以直接通过后 范钧伟．男，高级职称，从事变电运行技术工作。 台监控计算机对开关柜温度进行在线监测；对于无人 值班变电所，则可以将过热信号作为遥测量通过数据 （上接第９２页） 网发送到监控中心。这一测温方法温度传感器安装方 是因为主回路电压太低（２２０Ｖ系列，３８０Ｖ系列），主要 便简单，投入较小，运行可靠，技术成熟后即可在变电 原因：整流桥某一路损坏或可控硅三路中有工作不正 站内大量应用 。 常的都有可能导致欠压故障的出现，其次主回路接触 随着传感器、信号处理、计算机以及人工智能技术 器损坏，导致直流母线电压损耗在充电电阻上面有可 的发展，使得对开关柜温度状态进行在线监测，及时发 能导致欠压，还有就是电压检测电路发生故障而出现 现故障隐患并对累计性故障做出预测成为可能，从而 欠压问题。 实现远程预警功能。它对于保证开关柜的正常运行， （２）变频器通电后无显示，也是较常见的故障现 减少维修次数，提高电力系统的运行可靠性和自动化 象之一，引起这类故障原因，多数也是由于开关电源的 程度具有重要意义。 损坏所致。如ＭＦ系列变频器的开关电源采用的是较 （３）加强专业人员的技能培训，提高设备安装、检 常见的反激式开关电源控制方式，开关电源的输出级 修、维护质量。任何事故的发生都不是偶然的，一个设 电路发生短路也会引起开关电源损坏，从而导致变频 备在生产、安装、检修、维护过程中任何一个环节出现 器无显示。 疏忽都可能导致事故。因此从设备安装伊始，运行部 （３）充电电阻损坏。导致变频器充电电阻损坏原 门就要加强检查、巡视和验收力度，防患于未然；组织 因一般是：如主回路接触器吸合不好时，造成通流时间 专业人员对新设备工艺质量进行技术检查验收，同时 过长而烧坏；或充电电流太大而烧坏电阻；或由于重载 会同有关科研部门探索金属性探伤的有效方法；尽量 启动时，主回路通电和ＲＵＮ信号同时接通，使充电电 调整系统运行方式，提高红外测温的有效性。 阻既要通过充电电流，同时又要通过负载逆变电流，故 （４）做到四个加强：加强对国产开关柜的运行巡 易被烧坏。其损坏的特征，一般表现为烧毁、外壳变 视、预试和检修工作，重视母线和开关耐压试验；加强 黑、炸裂等损坏痕迹。也可根据万用表测量其电阻 对柜内设备的检查和清扫，及时消除缺陷和隐患；加强 （不同容量的机器，其阻值不同，可参考同一种机型的 对柜体内高压设备的除潮除湿措施；加强专业化管理， 阻值大小确定）判断。 提高设备的耐压水平。 （４）开机运行无输出（电动机不启动）。断开输出 ５ 结语 电机线，再次开机后观察变频器面板显示的输入频率， 同时测量交流输出端子。可能原因是变频器启动参数 ３５ｋＶ高压开关柜作为电力系统的重要设备之一， 设置或运行端子接线错误、也可能是逆变部分损坏或 ３５ｋＶ开关的安全运行与否，其运行状态的良好与否对 电动机没有正确链接到变频器。 电力系统的可靠性有着十分重大的影响。通过对该起 开关柜内部放电事故原因进行分析，并针对暴露出的 ５结束语 问题提出相关改进建议和防范措施，对预防类似事故 变频器的科技含量较高，是强电与弱电相结合的 起到了积极作用，同时也能够使高压开关柜运行更加 设备，只要按照变频器使用要求，在工作中发现问题不 安全和可靠，达到较好的经济效益，为系统稳定和安全 断总结，就能够探索出一套快速有效处理变频器故障 供电提供保证。 的好办法。 参考文献 『１］ ＧＢ／Ｔ１１０２２—１９９９，高压开关设备和控制设备标准的共同技术要 收稿日期：２０１１—１２—０８
