如何避免開關柜爆炸！

時間：2020-06-11 14:58 來源：未知作者：admin

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什么是開關柜？！

開關柜(開關柜)主要用于電力系統中發電、輸電、配電和能量轉換過程中電氣設備的開閉、控制和保護。開關柜內的元件主要包括斷路器、隔離開關、負載開關、操作機構、互感器和各種保護裝置。對于開關柜有許多分類方法，例如，斷路器的安裝方法可分為拆卸式開關柜和固定式開關柜；或者根據機柜的結構，可以分為開放式開關柜，金屬封閉式開關柜，金屬封閉式開關柜；根據電壓等級的不同，可分為高電壓開關柜，中電壓開關柜和低電壓開關柜。主要適用于發電廠、變電站、石油化工、冶金軋鋼、輕工紡織、廠礦、住宅小區、高層建筑等不同場合。

開關柜內的元件主要包括斷路器、隔離開關、負載開關、操作機構、互感器和各種保護裝置。以下視頻剖析了細節:

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開關柜故障分析及對策

12 ~ 40.5 kV 開關柜設備是電網系統中運行最頻繁的一次變電站設備。近年來，開關柜事故頻繁發生，造成經濟損失、人員傷亡等不良社會影響。

其隱患和固有缺陷主要集中在接線方式、內部放弧能力、內部絕緣、加熱和防誤閉鎖方面。通過制定有針對性的對策，開關柜后，環網柜事故數量大大減少，電網運行可靠性穩步提高。

1、接線隱患

1.1、隱患類型

1.1.1、電視柜避雷器直接連接到母線上

根據典型設計規范的要求，電視柜內的避雷器必須通過隔離開關與母線連接，而電視柜內的位置以各種方式排列和接線。電視柜中的一些避雷器沒有通過隔離手動開關連接到總線。當電視機檢修時，隔離手柄被拉開，避雷器仍帶電，給進入艙室的工人帶來觸電的危險。電視柜中的避雷器主要有以下接線形式，如圖2所示:

圖2 開關柜連接模式的隱患

1.連接方式1:電視柜內的避雷器和電視機安裝在后車廂內，保險絲安裝在手車上，避雷器直接連接到母線上，電視機通過隔離手車連接到母線上；

2.連接方式二:電視柜內的避雷器安裝在母線室內，直接連接到母線上。電視和保險絲安裝在手推車上。

3.連接方式3:電視柜中的避雷器單獨安裝在后艙或前下艙，并直接連接到總線上。電視和保險絲安裝在手推車上。

4.連接方式4:電視和保險絲安裝在XGN系列固定柜的隔間內，避雷器單獨安裝在另一個隔間內，直接與母線連接。

5.連接方式5:避雷器、電視和保險絲都安裝在行李廂內。避雷器直接與母線相連，電視機通過隔離手車與母線相連。

6.連接方式6:避雷器、熔斷器和電視機安裝在同一輛手車上，避雷器連接在熔斷器的后級。這種布置屬于錯誤接線，一旦運行中保險絲熔斷，設備將失去避雷器的保護。

1.1.2。開關柜下部機柜沒有與后部機柜完全隔離

KYN系列主變壓器進線開關柜，母線耦合器開關柜，饋線開關柜 etc 開關柜的下柜部分未與后柜完全隔離，進入下柜的工作人員可能會意外接觸到母線或電纜頭的帶電部分，造成觸電。開關柜未將下柜與后柜隔離的隱患如圖3所示:

圖3 開關柜下部機柜和后部機柜未隔離的隱患

1.2。對策

對于存在接線方式隱患的開關柜進行一次性接線修改。開關柜接線模式轉換示意圖如圖5所示:

圖5 開關柜連接模式轉換示意圖

1.2.1、電視柜避雷器接線技術改造方案

1.對于連接模式1，拆除隔間內的避雷器。電視連接模式不會改變。堵住原來公共汽車房的穿墻洞。將避雷器放在手車上，裝回熔斷器避雷器手車上。避雷器與保險絲和電視電路并聯。

2.對于連接方式2，拆除母線室中的避雷器，將避雷器移至手車上，重新安裝成熔斷器和避雷器手車，增加一個下觸頭盒安裝板、一個觸頭盒擋板和一個閥門機構，將電視機安裝在后車廂內，通過導線連接到隔離手車的下觸頭上。該方案可以在原有的手推車上實施，也可以考慮新的手推車。

3.對于連接方式3，將避雷器從原隔間中取出，將避雷器移至手車中，并重新安裝到熔斷器和避雷器手車中，堵住原母線隔間的壁孔，添加手車的下觸頭盒安裝板、觸頭盒擋板和閥門機構，將電視機安裝在后隔間中，并通過導線連接到下觸頭。該方案可以在原有的手推車上實施，也可以考慮新的手推車。

4.對于連接方式4，拆除其他隔間中的避雷器，將避雷器移至保險絲和電視隔間，將其連接至隔離開關的斷路器，并將其與保險絲和電視電路并聯。

5.對于連接方式5，避雷器和電視的安裝位置不變。將原避雷器的引線直接連接到隔離手車的下觸頭上，堵住原母線室的穿墻孔。

6.對于連接模式6，該排列模式屬于錯誤連接。一旦運行中保險絲熔斷，設備將失去避雷器的保護。拆除原有手車中的避雷器和熔斷器，改變連接位置，使避雷器連接到熔斷器的上側，并與熔斷器和電視電路并聯。

1.2.2，開關柜下柜和后柜隔離不完全的預防措施

由于此類開關柜產品的結構是固定的，如果在裝修中安裝了隔板，其內部結構和空間分布會發生變化，產品的內部保護性能無法得到保證。因此，進入機柜運行時，必須在工作前確認主變10kV側對側檢修和主變切換檢修。

2、內部電弧放電能力不足

2.1、隱患類型

在實際運行中，金屬密封開關柜有其自身的缺陷，再加上絕緣性能差或運行條件差引起的誤操作，會造成內部電弧故障。短路產生的電弧溫度高，能量大。電弧本身是一種非常輕的等離子氣體。在電力和熱氣的作用下，電弧將在機柜內高速運動，導致故障范圍迅速擴大。在這種情況下，絕緣材料蒸發，金屬熔化，開關柜內部溫度和壓力急劇上升。如果沒有設計或安裝合格的泄壓通道，巨大的壓力會導致機柜隔板、門板、鉸鏈和觀察窗嚴重變形甚至斷裂，電弧產生的高溫氣流會噴出機柜，對設備附近的操作和維護人員造成嚴重燒傷，甚至危及生命安全。目前設備在運行中存在一些問題，如沒有泄壓通道、泄壓通道設置不合理、內部放弧能力沒有試驗驗證、試驗過程中沒有嚴格檢查等。

2.2。對策

[選型] 開關柜內部故障電弧的性能應為IAC級，內部電弧的允許持續時間不應小于0.5s，試驗電流應為額定短期耐受電流。對于額定短路分斷電流大于31.5千安的產品，可按31.5千安進行內部故障電弧試驗

[改裝]增加或改變泄壓通道，嚴格按照型式試驗標準的要求進行內部電弧試驗驗證。

[保護]適當壓縮主變壓器各段的保護差動，減少故障電弧的持續損壞時間。

3.內部絕緣

3.1、隱患類型

近年來，開關柜產品的體積不斷縮小，機柜內的絕緣性能出現缺陷，故障增多。主要表現為:爬電距離和氣隙不夠，尤其是手車柜。現在許多制造商還沒有采取有效措施來保證絕緣強度，以縮短機柜尺寸，并大大減少安裝在機柜中的斷路器和隔離插頭的相間和接地距離。裝配過程很差。由于裝配質量差，在開關柜范圍內的單個部件可以通過壓力測試，但裝配后的整個部件不能通過。如果接觸容量不足或接觸不良，當接觸容量不足或接觸不良時，局部溫度將升高，絕緣性能將下降，導致對地閃絡或相間閃絡。冷凝現象，獨立加熱器容易損壞，無法正常工作，冷凝現象發生在開關柜以內，降低了絕緣性能；輔助附件絕緣性能差。為了降低成本，一些制造商采用了絕緣水平較低的配套附件，降低了開關柜的整體絕緣性能。

3.2。對策

不能盲目追求開關柜小型化，應根據工程情況，變電站內部布局、運行維護和設備維護等因素綜合考慮，采購宜開關柜。

使用空氣或空氣/絕緣材料作為絕緣介質的設備應考慮絕緣材料的厚度、設計場強和老化，并要求制造商按照標準要求進行冷凝試驗。對于環網柜內的穿墻套管、機械閥門和母線彎頭等部件，如空氣絕緣網距小于125毫米(12kV)和300毫米(40.5kV)，導線應采用絕緣護套封閉。為防止電場畸變，場強相對集中的部位，如進、出口套管、機械閥門、母線彎頭等，應采用倒角和磨削。柜內母線支撐瓷瓶和其他絕緣爬電距離不能滿足防污條件的設備。噴涂RTV絕緣涂層是為了改善舊設備運行的技術條件。

4.發熱缺陷

4.1、隱患類型

電路連接點接觸不良、接觸電阻增加和突出的發熱問題，如隔離觸點接觸不良；金屬鎧裝柜通風口設計不合理，空氣不對流，散熱能力差，柜內有很多發熱問題。穿墻套管和電流互感器等安裝結構形成電磁閉環，產生渦流，導致一些隔離擋板材料嚴重發熱。部分封閉式開關柜內部干式設備(鑄流變壓器、鑄壓變壓器、干式變壓器)繞組線徑不足，鑄造過程控制不嚴，容易過熱損壞。

4.2。對策

加強開關柜散熱，安裝鼓風機和引風機；結合停電機會，檢查動、靜觸頭的接觸壓力，必要時更換，同時更換疲勞的觸頭彈簧。加大柜內測溫技術的研究，應用無線測溫等新技術解決測溫難題。

5、防止假鎖不完善

5.1、隱患類型

大多數開關柜配有防誤閉鎖裝置，但其綜合防誤閉鎖和強制防誤閉鎖不符合要求。鎧裝式開關柜后上柜門可開啟，無防誤閉鎖，無隔離擋板。打開后，它可以直接接觸帶電部件。螺釘為普通六角凹頭螺釘，開門時容易觸電，意外進入帶電機柜。對于一些主變、母聯、電視和二手無接地開關的變壓器開關柜來說，后下柜門沒有用接地開關進行機械鎖定，后柜門可以通過拆卸螺絲直接打開，不需要關閉柜門就可以接通和傳輸電源，容易造成維修人員誤開，進入帶電區間，造成人員觸電事故；Part 開關柜后柜門的上部和下部不能獨立鎖定。上部柜門由下部柜門鎖定。當出口接地開關閉合時，下柜門的鎖被打開，后上柜門也可以打開，容易造成觸電事故。例如，KYN 28 開關柜；拔出part 開關柜手車后，絕緣隔離擋板容易被推起，沒有防誤閉鎖，帶電體外露，工作人員容易誤開開關靜觸頭閥的擋板，造成觸電事故。

5.2對策

針對開關柜防誤操作功能不完善的情況，在開關柜的高電壓下增加了一把機械掛鎖，可以在后上柜門打開，打開后可以直接接觸帶電部分，并配置了微電腦防誤鎖進行鎖定；在XGN GG1A等開關柜上，安裝了接地開關和后柜門之間的聯鎖裝置，并安裝了帶電顯示裝置以鎖定接地開關操作。定期檢查防誤裝置的可靠性，利用停電機會檢查手車和接地開關、隔離開關和接地開關的機械閉鎖裝置。

6.結論

開關柜設備是電網中重要的一次變電站設備。為保證其穩定運行，應從設計、材料、工藝、試驗、選型、運行和維護等方面加強控制。嚴格按照典型設計要求，結合國家和行業標準，提出設計技術要求，從根本上消除接線隱患；根據國家和行業標準及反事故措施，制定嚴格的設備招標文件，防止不合格產品進入網絡。加強工廠監督，嚴格見證關鍵生產點和工廠試驗，堅決禁止不合格產品出廠。積極開展開關柜缺陷管理，加強反事故措施的落實；完善開關柜防誤閉鎖功能，加強防誤閉鎖裝置的管理，安裝帶電顯示裝置，配合“五防”系統，確保防誤閉鎖的全面性和強制性。

高壓開關柜時的“五項預防措施”

1.高壓開關柜真空斷路器小車在試驗位置閉合后，小車斷路器不能進入工作位置。(防止帶負荷關閉)

2.當高壓開關柜的接地刀處于閉合位置時，小車斷路器不能接通或斷開。(用接地線防止閉合)3。當高電壓開關柜的真空斷路器閉合時，外殼的后門被機器鎖定在接地刀和柜門上。(防止誤入帶電區間)。4.工作時高壓開關柜的真空斷路器應閉合，接地刀不能投入運行。(防止帶電接地線)5。高壓開關柜的真空斷路器在閉合時不能退出臺車式斷路器的工作位置。(防止加載拉刀制動)

讓我們看兩個案例

1.高電壓開關柜因出口室地板發熱導致的電纜故障

情況

110千伏變電站只有一個主變壓器。一天，一個“35kV母線接地”的信號被報告，并被檢查為A相故障。然后35kV出線和PW線同時被過流一段保護動作跳閘。設備現場檢查發現，當PD線開關柜后，后下門冒出黑煙，柜門打開。發現a相電纜的端子嚴重燒傷，電纜端子的絕緣層幾乎完全被電弧熔化，露出電纜的內導體(見圖1)。用戶檢查線路后，PW線路的c相出現接地故障。

專業人員檢查了PD線開關柜中的設備，除了A相電纜終端嚴重燒傷外，沒有發現異常。柜內無電弧短路跡象，電纜端子夾無燒熔現象。

圖1局部放電線路開關柜A相電纜終端燒毀

在低于開關柜的電纜隧道中，PD線a相電纜穿過板，在檢查過程中發現電弧燒穿的孔(見圖2)。發現屏蔽線開關柜出線室的底板為鐵板，屏蔽線電纜以分相方式穿過電纜孔。機柜底部的兩塊鐵板之間沒有間隙，它們重疊并壓在一起形成閉合磁路(在A相電纜一側)。當A相電纜終端流過大負載電流時，感應電流在形成閉合磁路的鐵板上，產生的熱量對電纜終端的外部絕緣構成嚴重威脅。

圖2電弧燒穿的孔形成在鐵板上，其中相電纜的PD線穿過鐵板。

根據對上述現象的分析，局部放電線路的A相電纜端子在穿板處受熱損壞，形成薄弱的絕緣點，逐漸發展到鐵板穿孔處的絕緣被燒穿的程度，A相電纜端子向柜體底部鐵板的電弧形成單相接地故障。如果發生故障，由于系統B和系統C的電壓相對較高，PW線C的弱相絕緣將導致不同線路的兩點接地短路，兩個線路保護裝置將同時跳閘。

PD線A相電纜的絕緣弱點可能是電纜敷設過程中的施工質量或維護質量問題。

預防措施

(1)規范電纜終端制造工藝，提高電纜終端制造質量，防止“野蠻施工”。電纜分相敷設穿過底板，開關柜出口室底部鐵板不允許形成閉合磁路。

(2)開關柜出口室的底板應由非導磁材料制成。

(3)開關柜當出口室的底板由鐵板制成時，鐵板必須固定，以防止左間隙因位移而形成閉合磁路。

2、10kV高壓開關柜手動，靜觸頭接觸不良發熱

情況

有一天，天氣晴朗，環境溫度為25℃。當用11kV 變電站10kV 開關柜進行紅外測溫時，發現當負載電流為350A時，前門溫度達到34.5℃(見圖3)。當b 開關柜負載電流為330A時，同一部件的溫度為28.4℃(見圖4)，兩者之差開關柜前門溫度為6。1℃。

圖3a =前門0+紅外測溫圖

圖4b =前門0+紅外測溫圖

在幾次后續溫度測量之后，發現A 開關柜的溫度繼續上升，并且高于其它開關柜的溫度。兩年后的某一天，天氣晴朗，環境溫度為30℃，負載電流為360安；該開關柜試驗前門的最高溫度為55℃:(見圖5)。當拆除開關柜后柜門進行溫度測量時，發現手車母線側靜觸頭盒最高溫度為69.1℃(見圖6)。因此，懷疑手車的手動觸點和靜態觸點接觸不良。

圖5a =前門0+紅外測溫圖

圖6 b柜母線側靜觸頭盒紅外測溫圖

將手車拉至開關柜進行外部檢查，發現手車和下動觸頭臂的絕緣筒燒壞變形，動觸頭座的復合材料受熱損壞(見圖7)。

圖7手車關閉損壞

母線停電檢查后，發現故障是由于靜觸頭座與母線連接的固定螺栓松動，造成接觸不良和發熱。故障定位從靜觸頭座和母線之間的連接開始，并受到熱傳導的影響，導致動觸頭燒毀。動觸頭上的壓縮彈簧受熱后逐漸退火，緊固力減小，接觸電阻進一步增大，觸指局部燒傷。過熱的靜態觸點如圖8所示。

圖8過熱靜態觸點

發熱缺陷應該有一個逐漸發展的過程。長期大電流作用逐漸發展為輕微發熱，接觸電阻逐漸增大，形成惡性循環。如果不能及時發現，將會導致嚴重的設備事故。

預防措施

(1)堅持在開關柜范圍內對主流接觸部分進行常規紅外溫度測量。

(2)斷路器手車拉出柜檢修時，應更換老化、疲勞的壓縮彈簧和腐蝕的螺栓，并采取防銹措施。

(3)規范設備安裝調試過程，確保手車手動觸點和靜觸點的接觸行程符合標準。設備安裝調試時，必須測量動、靜觸頭的接觸行程。

(4)在安裝、調試和維護過程中，手車手動觸點和靜態觸點的接觸電阻應按規定進行測量。

(5)利用母線停電的機會，檢查各手車手動觸點和靜觸點的接觸行程，檢查靜觸點座的連接螺栓是否松動，及時發現和消除隱患。

(6)進行開關柜工作溫度的檢測，加強對開關柜異常溫度的監測、分析和處理，防止導電回路過熱造成柜內短路故障。

(7)開關柜含有許多有機絕緣成分，加熱后絕緣性能會不可逆地逐漸喪失，可能引起火災。因此，關于主電流接觸部分最高允許溫度和熱缺陷表征的規定應不同于裸金屬導體接觸部分最高允許溫度和熱缺陷表征的規定。建議將主電流接觸部分的最高允許溫度值和開關柜時加熱缺陷的定性溫度值降低10℃。

(8)制造商應嚴格控制產品質量，規范裝配過程，特別是提高工廠的裝配質量。所有螺栓的擰緊力矩應明確規定并滿足要求。

3、母線內高電壓開關柜且手車接觸座接觸部位發熱

情況

一天，陽光明媚，高壓室內環境溫度為10℃。當10kV開關柜進行11kV 變電站紅外測溫時，發現10KV 1號主進線柜后門溫度達到34.8℃(見圖9)，比其他開關柜柜的表面溫度高14.8℃，比環境溫度高24.8℃。1號主進線柜前門溫度達到27.0℃(見10)，比其他開關柜柜的表面溫度高6.0℃，比環境溫度高17.0℃。根據分析，1號主進線柜存在加熱缺陷，具體加熱部位需要進一步驗證。測量溫度時，10k1主進線柜的負載電流為1152A。

圖1 okv 1主進線柜后門紅外測溫圖

圖10 10kv 1號主進線柜前門紅外測溫圖

接下來，測量10kv號主進線封閉母線橋(開關柜端)的表面溫度達到31。0℃(見圖11)，比其他開關柜柜的表面溫度高3.8℃，比開關柜后門的表面溫度低3.8℃，表明熱點不在封閉的母線橋內，可能在開關柜內的手動、靜觸頭和母線的連接部位。

3天后，檢查10KV號主進線柜是否停電。將手車拉出機柜，并立即對手車進行紅外測溫(剩余溫度)。手車b相動觸點的總溫度為42°。7℃(剩余溫度)(見圖12)，b相動觸頭前端溫度為46℃(剩余溫度)(見圖13)，手車母線側靜觸頭溫度為48。5℃(剩余溫度)(見圖14)，0+后穿板套管溫度為39.2℃(剩余溫度)(見圖15)，0+前后手車母線側靜觸頭盒附近母線排溫度為64.6℃(剩余溫度)(見圖16)。這證明手車的手動觸點和靜態觸點的接觸部分不是熱點，開關柜后面的穿板套管也不是熱點。1號主進線柜手車母線側靜觸頭座與母線排的接觸部位是熱點。

圖11 okv 1進線封閉母線橋表面加熱的紅外熱圖

圖12 1號主進線柜手車b相動觸頭紅外測溫圖

圖13 1號主進線柜手車b相動觸頭前部紅外測溫圖

圖14 1號主進線柜手車母線側靜觸頭紅外測溫圖

圖15 1號主進線柜后穿板外殼紅外測溫圖

圖16 1號主進線柜后部靜觸頭盒附近母線紅外測溫圖

通過對紅外測溫圖的分析，可以清楚地看到10K1主進線柜的背面是熱的。停電檢查時，發現主變壓器10K1主入口開關柜后門的B相母線絕緣熱縮管因發熱而開裂變黑，手車母線側母線與靜觸頭座連接處螺栓松動，接觸不良，導致運行時發熱。

預防措施

(1)修訂相關維護和維修程序，規范和完善設備維護和維修作業指導書，防止遺漏必要的工作流程。

(2)規范小型設備維修項目流程，明確主流位置螺栓擰緊力矩。

(3)除了由運行和維護人員定期對設備進行正常紅外溫度測量外，還應在重載條件下進行集中溫度測量，并由維護人員進行專門的溫度測量。

(4)開關柜用銅母線替換內鋁母線。

(5)在高壓開關柜操作期間，紅外熱像儀用于測量溫度，只能檢測機柜外部。很難直接找到熱點，需要進行比較分析。在測試開關柜的每個部分并將其與環境溫度進行比較后，它高于環境溫度，證明機柜中存在熱點。在相同的環境溫度下，幾乎沒有差異的負載電流的表面溫度等于0+。如果有很大的差異，在高溫開關柜有熱點。對于發熱的開關柜，在加強安全監控的情況下，可以打開柜門進行測溫，檢查特定的熱點。設備斷電后立即測量每個零件的殘余溫度也是檢查特定熱點的一種方法。

4、10kV手動接觸壓力彈簧因接觸部位發熱而損壞

情況

一天，陽光明媚，高壓室內環境溫度14℃。當10kV 變電站用于10kV開關柜的紅外測溫時，發現10KV 1號主進線柜后門溫度達到27.8℃，比環境溫度高13.8℃。1號主進線柜前門溫度達到26.0℃，比環境溫度高12.0℃。根據分析，1號主進線柜存在加熱缺陷，具體加熱部位需要進一步驗證。測溫時，10K1主進線柜的負荷電流為1252A。

經專業人員檢查，確定母線室和后下柜無發熱開關柜，手車甲、乙相母線側動、靜觸頭和甲相下動、靜觸頭的觸頭部分發熱。開關柜電源故障檢查:將手車拉出機柜。發現一個壓縮彈簧在手車的a相母線側(上部)上的移動觸點的端部缺失，并且一個壓縮彈簧在手車的a相母線側上的下移動觸點的導電桿和b相母線側上的移動觸點的絕緣外殼側缺失(見圖17)。當檢查手車的靜態接觸情況時，發現相應的靜態接觸箱中有一個松動的壓縮彈簧(見圖18)。

圖17手動觸點缺失壓縮彈簧情況圖。

圖18靜觸頭盒中的壓縮彈簧

檢查靜觸頭盒中的壓力彈簧是否脫落，發現彈簧有斷裂痕跡，但沒有燒蝕。更換壓縮彈簧消除缺陷，10KV號主進線柜恢復正常運行。

之后，利用停電機會調查隱患。共發現7條10kV出線開關柜手動觸點壓縮彈簧存在上述斷裂隱患(見圖19)，因此判定屬于家族缺陷。

同變電站和同型號開關柜有相同的設備隱患，這應該是壓縮彈簧的質量問題。手車上次推入操作位置后，動觸頭壓緊彈簧斷裂，緊固力減小，觸指與靜觸頭之間的接觸壓力減小，接觸電阻進一步增大，接觸部位受熱。手車A相下動觸頭的絕緣殼側壓縮彈簧和B相母線側動觸頭的導電桿斷裂，使得手車動觸頭和導電桿之間產生熱量。手車手動觸點壓緊彈簧斷裂，可能造成10kV母線接地和電弧短路，也可能因手動觸點和靜觸點起弧而造成母線短路事故。這個變電站10kV開關柜反復導致壓縮彈簧斷裂，沒有造成任何事故，這是非常幸運的。