開關(guān)柜以及環(huán)網(wǎng)柜運行問題分析和對策

12～40.5kV開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜設(shè)備是電網(wǎng)系統(tǒng)中運行數(shù)量最多的一次變電設(shè)備，近年來，開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜事故頻發(fā)，造成了經(jīng)濟損失、人員傷亡等不好的社會影響。通過對在運開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜開展全面排查、治理，發(fā)現(xiàn)其事故隱患及固有缺陷主要集中在接線方式、內(nèi)部電弧釋放能力、內(nèi)部絕緣、發(fā)熱和防誤閉鎖等方面，通過制定針對性的對策，開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜事故數(shù)量大大減少，電網(wǎng)運行可靠性穩(wěn)步提升。截止到2014年底，國家電網(wǎng)公司系統(tǒng)共計裝用開關(guān)柜610097面、環(huán)網(wǎng)柜1199300面。其中，開關(guān)柜12kV占87.1%、24kV占1.2%、40.5kV占11.7%；開關(guān)柜中斷路器柜與母線設(shè)備柜的比例約為5.7∶1，手車柜與固定柜的比例約為3.6∶1；絕大部分開關(guān)柜仍是空氣絕緣，占總量的98.5%。詳細(xì)數(shù)量及比例見圖1。

圖1開關(guān)柜類型及數(shù)量

1.接線方式隱患

1.1隱患類型

1.1.1TV柜內(nèi)避雷器直接連接母線

根據(jù)典型設(shè)計規(guī)范要求，TV柜內(nèi)避雷器須經(jīng)隔離手車連接母線，而TV柜內(nèi)倉位布置、接線方式多樣，部分TV柜內(nèi)避雷器未通過隔離手車連接至母線上，當(dāng)對TV進行檢修時，拉開隔離手車，避雷器仍帶電，給進入倉內(nèi)作業(yè)的工作人員帶來觸電風(fēng)險。TV柜內(nèi)避雷器主要有以下幾種接線形式，如圖2所示：

圖2開關(guān)柜接線方式隱患

1）接線方式一：TV柜內(nèi)避雷器與TV安裝于后倉，熔斷器安裝在手車上，避雷器直接與母線相連，TV通過隔離手車與母線相連；

2）接線方式二：TV柜內(nèi)避雷器安裝在母線室內(nèi)，直接與母線相連，TV與熔斷器安裝在手車上；

3）接線方式三：TV柜內(nèi)避雷器單獨安裝在后倉或前下倉，直接與母線相連，TV與熔斷器安裝在手車上。

4）接線方式四：TV與熔斷器安裝在XGN系列固定柜隔室內(nèi)，避雷器單獨安裝在另一隔室，直接與母線相連；

5）接線方式五：避雷器、TV和熔斷器都安裝于后倉，避雷器直接與母線相連，TV通過隔離手車與母線相連；

6）接線方式六：避雷器、熔斷器和TV安裝于同臺手車，避雷器接于熔斷器后級。該布置方式屬于錯誤接線，運行中一旦熔斷器熔斷，設(shè)備將失去避雷器保護。

1.1.2開關(guān)柜下柜與后柜未完全隔離

部分KYN系列主變進線開關(guān)柜、母聯(lián)開關(guān)柜、饋線開關(guān)柜等開關(guān)柜的下柜與后柜未完全隔離，工作人員進入下柜可能誤碰母線或電纜頭帶電部位，造成觸電。開關(guān)柜下柜與后柜未隔離隱患如圖3所示。

圖3開關(guān)柜下柜與后柜未隔離隱患

1.2典型案例

2010年8月19日，江西某單位操作人員執(zhí)行10kVI段母線電壓互感器由運行轉(zhuǎn)檢修調(diào)令，按照工作票要求，拉出10kVI段母線設(shè)備間隔小車至檢修位置，斷開電壓互感器二次空開，在I段母線電壓互感器柜懸掛“在此工作”標(biāo)示牌，在左右相鄰柜門前后各掛紅布幔和“止步，高壓危險”警示牌，現(xiàn)場沒有實施接地措施。電壓互感器位置在開關(guān)柜后倉，操作人卸下柜后擋板，驗明電壓互感器確無電壓，進入柜內(nèi)拆除電壓互感器時，觸碰避雷器，發(fā)生柜內(nèi)接地故障，3名操作人員觸電死亡。事故現(xiàn)場照片及接線圖如圖4所示。

圖4事故現(xiàn)場照片及接線圖

此次故障即為開關(guān)柜未按照國家電網(wǎng)公司典設(shè)以及設(shè)計圖紙要求，將10kV母線避雷器接在間隔小車之后，而是直接接在10kV母線上，導(dǎo)致拉開10kV母線電壓互感器隔離小車后，避雷器仍然帶電，施工人員在拆除電壓互感器過程中，觸碰到帶電的避雷器上部接線樁頭，造成人員觸電傷亡。

1.3對策

對存在接線方式隱患的開關(guān)柜進行一次接線改造。開關(guān)柜接線方式改造示意圖如圖5所示。

圖5開關(guān)柜接線方式改造示意圖

1.3.1TV柜內(nèi)避雷器接線方式技術(shù)改造方案

1）對于接線方式一，拆除隔室內(nèi)部的避雷器，TV接線方式不變，封堵原母線室穿墻孔，將避雷器放在手車上改裝成熔斷器避雷器手車，且避雷器與熔斷器、TV回路并聯(lián)。

2）對于接線方式二，拆除母線隔室的避雷器，將避雷器移到手車上改裝成熔斷器和避雷器共手車，增加下觸頭盒安裝板、觸頭盒擋板及活門機構(gòu)，將TV安裝在后倉，通過引線連接至隔離手車下觸頭。該方案可在原手車上實施，也可考慮更換新手車。

3）對于接線方式三，拆除原隔室的避雷器，將避雷器移到手車上改裝成熔斷器和避雷器共手車，封堵原母線室穿墻孔，增加手車下觸頭盒安裝板、觸頭盒擋板及活門機構(gòu)，將TV安裝在后倉，通過引線連接至下觸頭上。該方案可在原手車上實施，也可考慮更換新手車。

4）對于接線方式四，拆除其它隔室內(nèi)部的避雷器，把避雷器移到熔斷器、TV隔室內(nèi)，連接至隔離開關(guān)斷口后，且與熔斷器、TV回路并聯(lián)。

5）對于接線方式五，避雷器，TV安裝位置不變，將原避雷器引線直接連接到隔離手車下觸頭，封堵原母線室穿墻孔。

6）對于接線方式六，該布置方式屬于錯誤接線，運行中一旦熔斷器熔斷，設(shè)備將失去避雷器保護。拆除原手車中的避雷器、熔斷器，改變接線位置，使避雷器接于熔斷器的上級，且與熔斷器、TV回路并聯(lián)。

1.3.2開關(guān)柜下柜與后柜未完全隔離防范措施

由于此類開關(guān)柜產(chǎn)品結(jié)構(gòu)定型，如在改造中加裝隔板會改變其內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式及空間分布，產(chǎn)品內(nèi)部防護性能無法保證，因此在進入柜內(nèi)作業(yè)時必須確認(rèn)主變10kV側(cè)轉(zhuǎn)檢修、主變開關(guān)轉(zhuǎn)檢修，方可進行工作。

2.內(nèi)部電弧釋放能力不足

2.1隱患類型

在實際運行中，金屬封閉開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜本身有缺陷，加之運行條件惡劣導(dǎo)致的絕緣性能劣化或誤操作等原因，都會造成內(nèi)部發(fā)生電弧故障。短路產(chǎn)生的電弧溫度高、能量大，電弧本身是質(zhì)量極輕的等離子氣體，在電動力和熱氣的作用下電弧會在柜內(nèi)高速移動并造成故障范圍迅速擴大。在此情況下，絕緣材料氣化，金屬融化，開關(guān)柜內(nèi)部溫度及壓力驟升，如果未設(shè)計或安裝合格的壓力釋放通道，巨大的壓力會造成柜體隔板、門板、鉸鏈、觀察窗嚴(yán)重變形甚至斷裂，電弧產(chǎn)生的高溫氣流噴出柜體，造成設(shè)備附近的運行維護人員嚴(yán)重灼傷，甚至危及生命安全。當(dāng)前在運設(shè)備存在未設(shè)置泄壓通道、泄壓通道設(shè)置不合理、內(nèi)部電弧釋放能力未經(jīng)試驗驗證以及試驗時的考核不嚴(yán)格等問題。

2.2典型案例

2009年9月30日，湖北某單位進行10kV開關(guān)控制回路斷線信號缺陷處理，工作票結(jié)束后，2名運行值班人員依據(jù)調(diào)度指令執(zhí)行開關(guān)試送電操作時，高壓室發(fā)出巨大聲響，2人全身著火從高壓室跑出，最終醫(yī)治無效死亡。開關(guān)柜斷路器操作機構(gòu)底部固定螺栓因頻繁震動而松動脫落，引起相間短路，由于未設(shè)置壓力釋放通道，高溫高壓氣體將前柜門沖開，導(dǎo)致在開關(guān)柜外檢查的運行人員燒傷。事故現(xiàn)場照片如圖6所示。

圖6事故現(xiàn)場照片

2.3對策

選型：開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)部故障電弧性能應(yīng)為IAC級，內(nèi)部電弧允許持續(xù)時間應(yīng)不小于0.5s，試驗電流為額定短時耐受電流。對于額定短路開斷電流31.5kA以上產(chǎn)品可按照31.5kA進行內(nèi)部故障電弧試驗。

改造：加裝或更改泄壓通道，嚴(yán)格按照型式試驗標(biāo)準(zhǔn)要求進行內(nèi)部電弧試驗驗證。

保護：適當(dāng)壓縮主變壓器各段保護級差，減少故障電弧的持續(xù)破壞時間。

3.內(nèi)部絕緣問題

3.1隱患類型

近年來，開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜產(chǎn)品體積不斷縮小，柜內(nèi)絕緣性能發(fā)生缺陷、故障增多。主要表現(xiàn)在：爬距和空氣間隙不夠，特別是手車柜，現(xiàn)在很多廠家為了縮短柜體尺寸，大幅度地減小裝于柜內(nèi)的斷路器、隔離插頭的相間和對地距離，卻未采取有效保證絕緣強度的措施；裝配工藝不良，由于裝配質(zhì)量差，開關(guān)柜內(nèi)的單一元件可以通過耐壓試驗，但組裝后開關(guān)柜整體卻無法通過；接點容量不足或接觸不良，當(dāng)接點容量不足或接觸不良時，局部溫度升高，絕緣性能下降，引起對地或相間閃絡(luò)；凝露現(xiàn)象，自帶加熱器易損壞，無法正常工作，在開關(guān)柜內(nèi)發(fā)生凝露現(xiàn)象，降低絕緣性能；配套附件絕緣性能差。部分制造廠為了降低成本，采用絕緣水平較低的配套附件，降低了開關(guān)柜的整體絕緣性能。

3.2典型案例

2006年11月8日，陜西某10kVI、II段母線TV二次電壓大幅下降，線路電流I段保護動作，開關(guān)跳閘，重合閘動作，重合失敗�，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，開關(guān)柜內(nèi)避雷器上側(cè)引線接點的三相螺桿對開關(guān)柜后門放電，避雷器、電纜頭和電流互感器均嚴(yán)重?zé)龘p，開關(guān)柜后倉上蓋被炸開。故障主要由于線路間隔存在絕緣缺陷，發(fā)生單相接地，電弧產(chǎn)生灼熱煙氣，空氣電離，又由于該型式開關(guān)柜相間距離較小，絕緣強度裕度小，造成其它兩相對后隔板放電，最終導(dǎo)致三相接地短路。事故現(xiàn)場照片如圖7所示。

圖7事故現(xiàn)場照片

3.3對策

不能盲目追求開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜小型化，應(yīng)根據(jù)工程情況、變電站內(nèi)布置、運行維護和設(shè)備檢修等因素綜合考慮，采購合適的開關(guān)柜。

以空氣或以空氣/絕緣材料作為絕緣介質(zhì)的設(shè)備應(yīng)考慮絕緣材料的厚度、設(shè)計場強和老化問題，并要求制造廠按照標(biāo)準(zhǔn)要求進行凝露試驗；對開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)穿墻套管、機械活門、母排折彎處等部位，如空氣絕緣凈距離小于125mm（12kV）和300mm（40.5kV），應(yīng)采取導(dǎo)體加裝絕緣護套的包封措施；進出線套管、機械活門、母排拐彎處等場強較為集中的部位，應(yīng)采取倒角打磨等措施，防止電場畸變；柜內(nèi)母線支持瓷瓶等一些絕緣爬距不能滿足防污條件的設(shè)備，噴涂RTV絕緣涂料，提升老舊設(shè)備運行的技術(shù)條件。

4.發(fā)熱缺陷

4.1隱患類型

回路連接點接觸不良，接觸電阻增大，發(fā)熱問題突出，如隔離觸頭接觸不良；金屬鎧裝式柜體通風(fēng)口設(shè)計不合理，空氣不對流，散熱能力差，柜內(nèi)發(fā)熱問題較多；穿墻套管、電流互感器等安裝結(jié)構(gòu)形成電磁閉合回路從而產(chǎn)生渦流，造成部分隔離擋板材質(zhì)發(fā)熱現(xiàn)象嚴(yán)重；部分封閉開關(guān)柜內(nèi)干式設(shè)備（澆注式電流互感器、澆注式電壓互感器、干式變壓器）選用的繞組線徑不足、澆注工藝控制不嚴(yán)，極易發(fā)生過熱損壞。

4.2典型案例

2009年7月19日，上海某站2號主變10kV段跳閘，10kVⅢ/Ⅳ段自切成功。經(jīng)檢查，2號主變12kV手車式隔離開關(guān)柜閘刀A相主變側(cè)動觸頭與靜觸頭接觸不良，導(dǎo)致發(fā)熱，致使2號主變12kV引線手車、開關(guān)柜上下觸頭盒及支持絕緣子燒損；同時，2號主變10kVⅢ段A相電流互感器由于緊鄰引線A相觸頭盒，受熱后外絕緣開裂。故障主要由于KYN4型開關(guān)柜所配手車體形較大，整體容易變形，鴨嘴式彈簧觸頭接觸面小，易發(fā)生接觸不良缺陷；該設(shè)備運行年限長達15年，部件老化，回路電阻增大，致使發(fā)熱缺陷進一步惡化。

4.3對策

加強開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜的散熱，加裝送風(fēng)機及引風(fēng)機；結(jié)合停電機會，檢查動靜觸頭接觸壓力，必要時予以更換，同時更換疲勞的觸頭彈簧。加大柜體內(nèi)部測溫技術(shù)研究，應(yīng)用無線測溫等新技術(shù)解決測溫難問題。

5.防誤閉鎖不完善

5.1隱患類型

大部分開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜都裝配了防誤閉鎖裝置，但其防誤閉鎖全面性、強制性并未達到要求。部分鎧裝式開關(guān)柜的后部上柜門為可開啟方式，無防誤閉鎖，無雙隔離擋板，打開后就可直接觸及帶電部位，且螺絲為普通內(nèi)六角螺絲，易發(fā)生開啟柜門誤入帶電柜內(nèi)的觸電事故；部分主變、母聯(lián)、TV、所用變等無接地開關(guān)的開關(guān)柜，后部下柜門未與接地開關(guān)形成機械閉鎖，可拆除螺絲直接打開后柜門，未關(guān)柜門的情況下也能合閘送電，易造成檢修人員誤開、誤入帶電間隔，發(fā)生人員觸電事故；部分開關(guān)柜后柜門上、下兩部分不能獨立閉鎖，上柜門依靠下柜門閉鎖。當(dāng)合上出線接地開關(guān)，下柜門閉鎖解除，后上柜門也可打開，易造成觸電事故。如KYN28型開關(guān)柜；部分開關(guān)柜手車拖出后，可以輕易的將絕緣隔離擋扳推上，沒有防誤閉鎖，帶電體暴露，工作人員易誤開啟開關(guān)靜觸頭活門檔板，造成觸電事故。

5.2典型案例

2005年6月30日，湖南某工區(qū)進行開關(guān)柜周期性檢修工作。操作過程中，10kV配電室內(nèi)有大量濃煙冒出，兩名操作人員均不同程度燒傷，事故后檢查發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜前后門都已打開，刀閘后柜門打開，隔離開關(guān)柜10kV母線、開關(guān)柜頂部、母線穿屏套管、隔離開關(guān)及支柱瓷瓶均已燒壞。故障原因為XGN9型固定式開關(guān)柜的防誤功能不完善，在開關(guān)檢修并且母線帶電的情況下，后柜門上層失去強制閉鎖，未有效防止工作人員誤入帶電區(qū)域。

5.3對策

針對開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜防誤功能不完善，對于后部上柜門可開啟，且打開后就可直接觸及帶電部位的高壓開關(guān)柜加裝機械掛鎖，配置微機防誤程序鎖進行閉鎖；在GG1A、XGN等開關(guān)柜上加裝接地開關(guān)與后柜門的聯(lián)鎖，加裝帶電顯示裝置閉鎖接地開關(guān)操作。定期檢查防誤裝置可靠性，利用停電機會檢查手車與接地開關(guān)，隔離開關(guān)與接地開關(guān)的機械閉鎖裝置。

6.結(jié)語

開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜設(shè)備是電網(wǎng)重要的一次變電設(shè)備，為保證其運行穩(wěn)定，應(yīng)從設(shè)計、材料、工藝、試驗、選型、運維等各個環(huán)節(jié)加強管控。嚴(yán)格按照典型設(shè)計要求，結(jié)合國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，提出設(shè)計技術(shù)要求，從根本上杜絕接線隱患；依據(jù)國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、以及反事故措施，制定嚴(yán)要求的設(shè)備招標(biāo)文件，防止不合格產(chǎn)品入網(wǎng)運行；加強駐廠監(jiān)造力度，對生產(chǎn)關(guān)鍵點、出廠試驗嚴(yán)格見證，對于不合格產(chǎn)品堅決不允許其出廠；積極開展開關(guān)柜缺陷治理，強化反事故措施執(zhí)行；完善開關(guān)柜防誤功能，加強防誤閉鎖裝置的管理，裝設(shè)帶電顯示裝置，并與“五防”系統(tǒng)配合，保證防誤閉鎖的全面性和強制性。