如何避免开关柜爆炸！

时间：2020-06-11 14:58 来源：未知作者：admin

请先看看小视频。

什么是开关柜？！

开关柜(开关柜)主要用于电力系统中发电、输电、配电和能量转换过程中电气设备的开闭、控制和保护。开关柜内的元件主要包括断路器、隔离开关、负载开关、操作机构、互感器和各种保护装置。对于开关柜有许多分类方法，例如，断路器的安装方法可分为拆卸式开关柜和固定式开关柜；或者根据机柜的结构，可以分为开放式开关柜，金属封闭式开关柜，金属封闭式开关柜；根据电压等级的不同，可分为高电压开关柜，中电压开关柜和低电压开关柜。主要适用于发电厂、变电站、石油化工、冶金轧钢、轻工纺织、厂矿、住宅小区、高层建筑等不同场合。

开关柜内的元件主要包括断路器、隔离开关、负载开关、操作机构、互感器和各种保护装置。以下视频剖析了细节:

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开关柜故障分析及对策

12 ~ 40.5 kV 开关柜设备是电网系统中运行最频繁的一次变电站设备。近年来，开关柜事故频繁发生，造成经济损失、人员伤亡等不良社会影响。

其隐患和固有缺陷主要集中在接线方式、内部放弧能力、内部绝缘、加热和防误闭锁方面。通过制定有针对性的对策，开关柜后，环网柜事故数量大大减少，电网运行可靠性稳步提高。

1、接线隐患

1.1、隐患类型

1.1.1、电视柜避雷器直接连接到母线上

根据典型设计规范的要求，电视柜内的避雷器必须通过隔离开关与母线连接，而电视柜内的位置以各种方式排列和接线。电视柜中的一些避雷器没有通过隔离手动开关连接到总线。当电视机检修时，隔离手柄被拉开，避雷器仍带电，给进入舱室的工人带来触电的危险。电视柜中的避雷器主要有以下接线形式，如图2所示:

图2 开关柜连接模式的隐患

1.连接方式1:电视柜内的避雷器和电视机安装在后车厢内，保险丝安装在手车上，避雷器直接连接到母线上，电视机通过隔离手车连接到母线上；

2.连接方式二:电视柜内的避雷器安装在母线室内，直接连接到母线上。电视和保险丝安装在手推车上。

3.连接方式3:电视柜中的避雷器单独安装在后舱或前下舱，并直接连接到总线上。电视和保险丝安装在手推车上。

4.连接方式4:电视和保险丝安装在XGN系列固定柜的隔间内，避雷器单独安装在另一个隔间内，直接与母线连接。

5.连接方式5:避雷器、电视和保险丝都安装在行李厢内。避雷器直接与母线相连，电视机通过隔离手车与母线相连。

6.连接方式6:避雷器、熔断器和电视机安装在同一辆手车上，避雷器连接在熔断器的后级。这种布置属于错误接线，一旦运行中保险丝熔断，设备将失去避雷器的保护。

1.1.2。开关柜下部机柜没有与后部机柜完全隔离

KYN系列主变压器进线开关柜，母线耦合器开关柜，馈线开关柜 etc 开关柜的下柜部分未与后柜完全隔离，进入下柜的工作人员可能会意外接触到母线或电缆头的带电部分，造成触电。开关柜未将下柜与后柜隔离的隐患如图3所示:

图3 开关柜下部机柜和后部机柜未隔离的隐患

1.2。对策

对于存在接线方式隐患的开关柜进行一次性接线修改。开关柜接线模式转换示意图如图5所示:

图5 开关柜连接模式转换示意图

1.2.1、电视柜避雷器接线技术改造方案

1.对于连接模式1，拆除隔间内的避雷器。电视连接模式不会改变。堵住原来公共汽车房的穿墙洞。将避雷器放在手车上，装回熔断器避雷器手车上。避雷器与保险丝和电视电路并联。

2.对于连接方式2，拆除母线室中的避雷器，将避雷器移至手车上，重新安装成熔断器和避雷器手车，增加一个下触头盒安装板、一个触头盒挡板和一个阀门机构，将电视机安装在后车厢内，通过导线连接到隔离手车的下触头上。该方案可以在原有的手推车上实施，也可以考虑新的手推车。

3.对于连接方式3，将避雷器从原隔间中取出，将避雷器移至手车中，并重新安装到熔断器和避雷器手车中，堵住原母线隔间的壁孔，添加手车的下触头盒安装板、触头盒挡板和阀门机构，将电视机安装在后隔间中，并通过导线连接到下触头。该方案可以在原有的手推车上实施，也可以考虑新的手推车。

4.对于连接方式4，拆除其他隔间中的避雷器，将避雷器移至保险丝和电视隔间，将其连接至隔离开关的断路器，并将其与保险丝和电视电路并联。

5.对于连接方式5，避雷器和电视的安装位置不变。将原避雷器的引线直接连接到隔离手车的下触头上，堵住原母线室的穿墙孔。

6.对于连接模式6，该排列模式属于错误连接。一旦运行中保险丝熔断，设备将失去避雷器的保护。拆除原有手车中的避雷器和熔断器，改变连接位置，使避雷器连接到熔断器的上侧，并与熔断器和电视电路并联。

1.2.2，开关柜下柜和后柜隔离不完全的预防措施

由于此类开关柜产品的结构是固定的，如果在装修中安装了隔板，其内部结构和空间分布会发生变化，产品的内部保护性能无法得到保证。因此，进入机柜运行时，必须在工作前确认主变10kV侧对侧检修和主变切换检修。

2、内部电弧放电能力不足

2.1、隐患类型

在实际运行中，金属密封开关柜有其自身的缺陷，再加上绝缘性能差或运行条件差引起的误操作，会造成内部电弧故障。短路产生的电弧温度高，能量大。电弧本身是一种非常轻的等离子气体。在电力和热气的作用下，电弧将在机柜内高速运动，导致故障范围迅速扩大。在这种情况下，绝缘材料蒸发，金属熔化，开关柜内部温度和压力急剧上升。如果没有设计或安装合格的泄压通道，巨大的压力会导致机柜隔板、门板、铰链和观察窗严重变形甚至断裂，电弧产生的高温气流会喷出机柜，对设备附近的操作和维护人员造成严重烧伤，甚至危及生命安全。目前设备在运行中存在一些问题，如没有泄压通道、泄压通道设置不合理、内部放弧能力没有试验验证、试验过程中没有严格检查等。

2.2。对策

[选型] 开关柜内部故障电弧的性能应为IAC级，内部电弧的允许持续时间不应小于0.5s，试验电流应为额定短期耐受电流。对于额定短路分断电流大于31.5千安的产品，可按31.5千安进行内部故障电弧试验

[改装]增加或改变泄压通道，严格按照型式试验标准的要求进行内部电弧试验验证。

[保护]适当压缩主变压器各段的保护差动，减少故障电弧的持续损坏时间。

3.内部绝缘

3.1、隐患类型

近年来，开关柜产品的体积不断缩小，机柜内的绝缘性能出现缺陷，故障增多。主要表现为:爬电距离和气隙不够，尤其是手车柜。现在许多制造商还没有采取有效措施来保证绝缘强度，以缩短机柜尺寸，并大大减少安装在机柜中的断路器和隔离插头的相间和接地距离。装配过程很差。由于装配质量差，在开关柜范围内的单个部件可以通过压力测试，但装配后的整个部件不能通过。如果接触容量不足或接触不良，当接触容量不足或接触不良时，局部温度将升高，绝缘性能将下降，导致对地闪络或相间闪络。冷凝现象，独立加热器容易损坏，无法正常工作，冷凝现象发生在开关柜以内，降低了绝缘性能；辅助附件绝缘性能差。为了降低成本，一些制造商采用了绝缘水平较低的配套附件，降低了开关柜的整体绝缘性能。

3.2。对策

不能盲目追求开关柜小型化，应根据工程情况，变电站内部布局、运行维护和设备维护等因素综合考虑，采购宜开关柜。

使用空气或空气/绝缘材料作为绝缘介质的设备应考虑绝缘材料的厚度、设计场强和老化，并要求制造商按照标准要求进行冷凝试验。对于环网柜内的穿墙套管、机械阀门和母线弯头等部件，如空气绝缘网距小于125毫米(12kV)和300毫米(40.5kV)，导线应采用绝缘护套封闭。为防止电场畸变，场强相对集中的部位，如进、出口套管、机械阀门、母线弯头等，应采用倒角和磨削。柜内母线支撑瓷瓶和其他绝缘爬电距离不能满足防污条件的设备。喷涂RTV绝缘涂层是为了改善旧设备运行的技术条件。

4.发热缺陷

4.1、隐患类型

电路连接点接触不良、接触电阻增加和突出的发热问题，如隔离触点接触不良；金属铠装柜通风口设计不合理，空气不对流，散热能力差，柜内有很多发热问题。穿墙套管和电流互感器等安装结构形成电磁闭环，产生涡流，导致一些隔离挡板材料严重发热。部分封闭式开关柜内部干式设备(铸流变压器、铸压变压器、干式变压器)绕组线径不足，铸造过程控制不严，容易过热损坏。

4.2。对策

加强开关柜散热，安装鼓风机和引风机；结合停电机会，检查动、静触头的接触压力，必要时更换，同时更换疲劳的触头弹簧。加大柜内测温技术的研究，应用无线测温等新技术解决测温难题。

5、防止假锁不完善

5.1、隐患类型

大多数开关柜配有防误闭锁装置，但其综合防误闭锁和强制防误闭锁不符合要求。铠装式开关柜后上柜门可开启，无防误闭锁，无隔离挡板。打开后，它可以直接接触带电部件。螺钉为普通六角凹头螺钉，开门时容易触电，意外进入带电机柜。对于一些主变、母联、电视和二手无接地开关的变压器开关柜来说，后下柜门没有用接地开关进行机械锁定，后柜门可以通过拆卸螺丝直接打开，不需要关闭柜门就可以接通和传输电源，容易造成维修人员误开，进入带电区间，造成人员触电事故；Part 开关柜后柜门的上部和下部不能独立锁定。上部柜门由下部柜门锁定。当出口接地开关闭合时，下柜门的锁被打开，后上柜门也可以打开，容易造成触电事故。例如，KYN 28 开关柜；拔出part 开关柜手车后，绝缘隔离挡板容易被推起，没有防误闭锁，带电体外露，工作人员容易误开开关静触头阀的挡板，造成触电事故。

5.2对策

针对开关柜防误操作功能不完善的情况，在开关柜的高电压下增加了一把机械挂锁，可以在后上柜门打开，打开后可以直接接触带电部分，并配置了微电脑防误锁进行锁定；在XGN GG1A等开关柜上，安装了接地开关和后柜门之间的联锁装置，并安装了带电显示装置以锁定接地开关操作。定期检查防误装置的可靠性，利用停电机会检查手车和接地开关、隔离开关和接地开关的机械闭锁装置。

6.结论

开关柜设备是电网中重要的一次变电站设备。为保证其稳定运行，应从设计、材料、工艺、试验、选型、运行和维护等方面加强控制。严格按照典型设计要求，结合国家和行业标准，提出设计技术要求，从根本上消除接线隐患；根据国家和行业标准及反事故措施，制定严格的设备招标文件，防止不合格产品进入网络。加强工厂监督，严格见证关键生产点和工厂试验，坚决禁止不合格产品出厂。积极开展开关柜缺陷管理，加强反事故措施的落实；完善开关柜防误闭锁功能，加强防误闭锁装置的管理，安装带电显示装置，配合“五防”系统，确保防误闭锁的全面性和强制性。

高压开关柜时的“五项预防措施”

1.高压开关柜真空断路器小车在试验位置闭合后，小车断路器不能进入工作位置。(防止带负荷关闭)

2.当高压开关柜的接地刀处于闭合位置时，小车断路器不能接通或断开。(用接地线防止闭合)3。当高电压开关柜的真空断路器闭合时，外壳的后门被机器锁定在接地刀和柜门上。(防止误入带电区间)。4.工作时高压开关柜的真空断路器应闭合，接地刀不能投入运行。(防止带电接地线)5。高压开关柜的真空断路器在闭合时不能退出台车式断路器的工作位置。(防止加载拉刀制动)

让我们看两个案例

1.高电压开关柜因出口室地板发热导致的电缆故障

情况

110千伏变电站只有一个主变压器。一天，一个“35kV母线接地”的信号被报告，并被检查为A相故障。然后35kV出线和PW线同时被过流一段保护动作跳闸。设备现场检查发现，当PD线开关柜后，后下门冒出黑烟，柜门打开。发现a相电缆的端子严重烧伤，电缆端子的绝缘层几乎完全被电弧熔化，露出电缆的内导体(见图1)。用户检查线路后，PW线路的c相出现接地故障。

专业人员检查了PD线开关柜中的设备，除了A相电缆终端严重烧伤外，没有发现异常。柜内无电弧短路迹象，电缆端子夹无烧熔现象。

图1局部放电线路开关柜A相电缆终端烧毁

在低于开关柜的电缆隧道中，PD线a相电缆穿过板，在检查过程中发现电弧烧穿的孔(见图2)。发现屏蔽线开关柜出线室的底板为铁板，屏蔽线电缆以分相方式穿过电缆孔。机柜底部的两块铁板之间没有间隙，它们重叠并压在一起形成闭合磁路(在A相电缆一侧)。当A相电缆终端流过大负载电流时，感应电流在形成闭合磁路的铁板上，产生的热量对电缆终端的外部绝缘构成严重威胁。

图2电弧烧穿的孔形成在铁板上，其中相电缆的PD线穿过铁板。

根据对上述现象的分析，局部放电线路的A相电缆端子在穿板处受热损坏，形成薄弱的绝缘点，逐渐发展到铁板穿孔处的绝缘被烧穿的程度，A相电缆端子向柜体底部铁板的电弧形成单相接地故障。如果发生故障，由于系统B和系统C的电压相对较高，PW线C的弱相绝缘将导致不同线路的两点接地短路，两个线路保护装置将同时跳闸。

PD线A相电缆的绝缘弱点可能是电缆敷设过程中的施工质量或维护质量问题。

预防措施

(1)规范电缆终端制造工艺，提高电缆终端制造质量，防止“野蛮施工”。电缆分相敷设穿过底板，开关柜出口室底部铁板不允许形成闭合磁路。

(2)开关柜出口室的底板应由非导磁材料制成。

(3)开关柜当出口室的底板由铁板制成时，铁板必须固定，以防止左间隙因位移而形成闭合磁路。

2、10kV高压开关柜手动，静触头接触不良发热

情况

有一天，天气晴朗，环境温度为25℃。当用11kV 变电站10kV 开关柜进行红外测温时，发现当负载电流为350A时，前门温度达到34.5℃(见图3)。当b 开关柜负载电流为330A时，同一部件的温度为28.4℃(见图4)，两者之差开关柜前门温度为6。1℃。

图3a =前门0+红外测温图

图4b =前门0+红外测温图

在几次后续温度测量之后，发现A 开关柜的温度继续上升，并且高于其它开关柜的温度。两年后的某一天，天气晴朗，环境温度为30℃，负载电流为360安；该开关柜试验前门的最高温度为55℃:(见图5)。当拆除开关柜后柜门进行温度测量时，发现手车母线侧静触头盒最高温度为69.1℃(见图6)。因此，怀疑手车的手动触点和静态触点接触不良。

图5a =前门0+红外测温图

图6 b柜母线侧静触头盒红外测温图

将手车拉至开关柜进行外部检查，发现手车和下动触头臂的绝缘筒烧坏变形，动触头座的复合材料受热损坏(见图7)。

图7手车关闭损坏

母线停电检查后，发现故障是由于静触头座与母线连接的固定螺栓松动，造成接触不良和发热。故障定位从静触头座和母线之间的连接开始，并受到热传导的影响，导致动触头烧毁。动触头上的压缩弹簧受热后逐渐退火，紧固力减小，接触电阻进一步增大，触指局部烧伤。过热的静态触点如图8所示。

图8过热静态触点

发热缺陷应该有一个逐渐发展的过程。长期大电流作用逐渐发展为轻微发热，接触电阻逐渐增大，形成恶性循环。如果不能及时发现，将会导致严重的设备事故。

预防措施

(1)坚持在开关柜范围内对主流接触部分进行常规红外温度测量。

(2)断路器手车拉出柜检修时，应更换老化、疲劳的压缩弹簧和腐蚀的螺栓，并采取防锈措施。

(3)规范设备安装调试过程，确保手车手动触点和静触点的接触行程符合标准。设备安装调试时，必须测量动、静触头的接触行程。

(4)在安装、调试和维护过程中，手车手动触点和静态触点的接触电阻应按规定进行测量。

(5)利用母线停电的机会，检查各手车手动触点和静触点的接触行程，检查静触点座的连接螺栓是否松动，及时发现和消除隐患。

(6)进行开关柜工作温度的检测，加强对开关柜异常温度的监测、分析和处理，防止导电回路过热造成柜内短路故障。

(7)开关柜含有许多有机绝缘成分，加热后绝缘性能会不可逆地逐渐丧失，可能引起火灾。因此，关于主电流接触部分最高允许温度和热缺陷表征的规定应不同于裸金属导体接触部分最高允许温度和热缺陷表征的规定。建议将主电流接触部分的最高允许温度值和开关柜时加热缺陷的定性温度值降低10℃。

(8)制造商应严格控制产品质量，规范装配过程，特别是提高工厂的装配质量。所有螺栓的拧紧力矩应明确规定并满足要求。

3、母线内高电压开关柜且手车接触座接触部位发热

情况

一天，阳光明媚，高压室内环境温度为10℃。当10kV开关柜进行11kV 变电站红外测温时，发现10KV 1号主进线柜后门温度达到34.8℃(见图9)，比其他开关柜柜的表面温度高14.8℃，比环境温度高24.8℃。1号主进线柜前门温度达到27.0℃(见10)，比其他开关柜柜的表面温度高6.0℃，比环境温度高17.0℃。根据分析，1号主进线柜存在加热缺陷，具体加热部位需要进一步验证。测量温度时，10k1主进线柜的负载电流为1152A。

图1 okv 1主进线柜后门红外测温图

图10 10kv 1号主进线柜前门红外测温图

接下来，测量10kv号主进线封闭母线桥(开关柜端)的表面温度达到31。0℃(见图11)，比其他开关柜柜的表面温度高3.8℃，比开关柜后门的表面温度低3.8℃，表明热点不在封闭的母线桥内，可能在开关柜内的手动、静触头和母线的连接部位。

3天后，检查10KV号主进线柜是否停电。将手车拉出机柜，并立即对手车进行红外测温(剩余温度)。手车b相动触点的总温度为42°。7℃(剩余温度)(见图12)，b相动触头前端温度为46℃(剩余温度)(见图13)，手车母线侧静触头温度为48。5℃(剩余温度)(见图14)，0+后穿板套管温度为39.2℃(剩余温度)(见图15)，0+前后手车母线侧静触头盒附近母线排温度为64.6℃(剩余温度)(见图16)。这证明手车的手动触点和静态触点的接触部分不是热点，开关柜后面的穿板套管也不是热点。1号主进线柜手车母线侧静触头座与母线排的接触部位是热点。

图11 okv 1进线封闭母线桥表面加热的红外热图

图12 1号主进线柜手车b相动触头红外测温图

图13 1号主进线柜手车b相动触头前部红外测温图

图14 1号主进线柜手车母线侧静触头红外测温图

图15 1号主进线柜后穿板外壳红外测温图

图16 1号主进线柜后部静触头盒附近母线红外测温图

通过对红外测温图的分析，可以清楚地看到10K1主进线柜的背面是热的。停电检查时，发现主变压器10K1主入口开关柜后门的B相母线绝缘热缩管因发热而开裂变黑，手车母线侧母线与静触头座连接处螺栓松动，接触不良，导致运行时发热。

预防措施

(1)修订相关维护和维修程序，规范和完善设备维护和维修作业指导书，防止遗漏必要的工作流程。

(2)规范小型设备维修项目流程，明确主流位置螺栓拧紧力矩。

(3)除了由运行和维护人员定期对设备进行正常红外温度测量外，还应在重载条件下进行集中温度测量，并由维护人员进行专门的温度测量。

(4)开关柜用铜母线替换内铝母线。

(5)在高压开关柜操作期间，红外热像仪用于测量温度，只能检测机柜外部。很难直接找到热点，需要进行比较分析。在测试开关柜的每个部分并将其与环境温度进行比较后，它高于环境温度，证明机柜中存在热点。在相同的环境温度下，几乎没有差异的负载电流的表面温度等于0+。如果有很大的差异，在高温开关柜有热点。对于发热的开关柜，在加强安全监控的情况下，可以打开柜门进行测温，检查特定的热点。设备断电后立即测量每个零件的残余温度也是检查特定热点的一种方法。

4、10kV手动接触压力弹簧因接触部位发热而损坏

情况

一天，阳光明媚，高压室内环境温度14℃。当10kV 变电站用于10kV开关柜的红外测温时，发现10KV 1号主进线柜后门温度达到27.8℃，比环境温度高13.8℃。1号主进线柜前门温度达到26.0℃，比环境温度高12.0℃。根据分析，1号主进线柜存在加热缺陷，具体加热部位需要进一步验证。测温时，10K1主进线柜的负荷电流为1252A。

经专业人员检查，确定母线室和后下柜无发热开关柜，手车甲、乙相母线侧动、静触头和甲相下动、静触头的触头部分发热。开关柜电源故障检查:将手车拉出机柜。发现一个压缩弹簧在手车的a相母线侧(上部)上的移动触点的端部缺失，并且一个压缩弹簧在手车的a相母线侧上的下移动触点的导电杆和b相母线侧上的移动触点的绝缘外壳侧缺失(见图17)。当检查手车的静态接触情况时，发现相应的静态接触箱中有一个松动的压缩弹簧(见图18)。

图17手动触点缺失压缩弹簧情况图。

图18静触头盒中的压缩弹簧

检查静触头盒中的压力弹簧是否脱落，发现弹簧有断裂痕迹，但没有烧蚀。更换压缩弹簧消除缺陷，10KV号主进线柜恢复正常运行。

之后，利用停电机会调查隐患。共发现7条10kV出线开关柜手动触点压缩弹簧存在上述断裂隐患(见图19)，因此判定属于家族缺陷。

同变电站和同型号开关柜有相同的设备隐患，这应该是压缩弹簧的质量问题。手车上次推入操作位置后，动触头压紧弹簧断裂，紧固力减小，触指与静触头之间的接触压力减小，接触电阻进一步增大，接触部位受热。手车A相下动触头的绝缘壳侧压缩弹簧和B相母线侧动触头的导电杆断裂，使得手车动触头和导电杆之间产生热量。手车手动触点压紧弹簧断裂，可能造成10kV母线接地和电弧短路，也可能因手动触点和静触点起弧而造成母线短路事故。这个变电站10kV开关柜反复导致压缩弹簧断裂，没有造成任何事故，这是非常幸运的。