试论10kV高压开关柜故障成因及其防范
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[摘 要]随着经济的快速发展，电力行业得以快速发展起来，为人们提供安全、高质量的电能供应。目前在电力系统中10kV高压开关柜的应用较为广泛，10kV高压开关柜的应用，对电力系统运行的稳定性发挥了重要作用，而且能够在各种故障发生时及时断开连接的设备，使设备和工作人员的安全性得到较好的保障。但在10kV高压开关柜运行过程中，不可避免的会存在着一些较为常见的故障，给电力系统正常的运行带来较大的影响，所以需要对高压开关柜的故障进行深入的分析，并采取切实可行的预防措施，确保其能够更好的保障电力系统运行的安全。
中图分类号：TM855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）47-0061-01
一、10kV高压开关柜种类及特点
目前在电力系统中应用的10kV高压开关柜，其不仅具有较多的种类，而且不同的种类之间也存在着较为显著的区别。在电力系统中较为常见的开关柜大致有固定式开关柜、箱式开关柜、HXGN负荷开关柜、手车落地式开关柜和手车中置式开关柜等几种。（1）在一些变电站或是厂矿企业中应用最多的则是固定式开关柜，这种开关柜具有较大的体积，内容空间较宽敞，所以可以将各种电气元件灵活的摆放在柜里，但由于固定式开关柜其封闭性和防护性都较差，其事故发生率也较高，所以在当前电力系统中已开始逐渐的将其淘汰。（2）在一些户用电场所中，由于其负荷较小，所以多采用箱式开关柜，这种开关柜不仅体积较小，而且散热性能也较差，所以不宜应用在一些较大负荷的供电系统中。（3）在一些新建用户中通常都会选择用HXGN负荷开关柜，这种开关柜不仅具有较多的类型，而且防护等级也较高，维修起来更为简单。（4）在当前市场上应用进口技术产品的产品，通常都会采用手车落地式开关柜，这种开关柜对于箱底的强度具有较高的要求。（5）目前在电力系统中应用最广泛的开关柜为手车中置式开关柜，而且这种开关柜也具有较为明显的优势，具有非常好的市场发展前景。
二、造成10kV高压开关柜故障的产生因素
（一）环境因素
从长期运行经验看，外在条件对高压开关柜的影响作用甚大，环境因素往往会限制开关柜作用的稳定发挥。以污闪事故为例，开关柜受环境影响而发生的故障表现在：首先，正常条件下开关柜不会出现污闪事故，其基本上保持着正常的运行状态。但如果外界环境处于潮湿状态，造成绝缘子及母线表面的积污增多，持续潮湿的环境极易引发污闪事故。其次，绝缘子的泄漏距离偏小，这种情况难以满足污秽和潮湿环境的要求，一段时间运行后也会使得污闪事故概率的增大。
（二）老化因素
随着社会用电量的增多，原先安装的电力设备开始处于老化阶段，各种装置及元器件性能日趋下降。如：真空断路器在使用过程中易发生不同的故障，特别是电流值处于异常变化的故障发生率更高。真空泡在真空度明显降低或者在运行中受损后，真空断路器的整体性能就会随之降低，当出现故障时就容易发生爆炸事故。
同时变电站的高压柜，在系统负荷增加后，系统的短路电流和容量也会随之增加。若真空断路器的电流值难以达到系统运行的标准，其常会受到短路故障的影响而降低性能。这些问题的存在都会破坏电力系统的稳定性。
（三）绝缘因素
绝缘能力是高压开关柜的另一大影响因素，由于市场上电力产品的质量层次不一，电力工程建设中使用低质量产品破坏了设备的绝缘性能。如：避雷器手车、PT手车等的外观尺寸和元器件的配置不统一，避雷器手车、PT手车等实际运行中，会因为外界环境指标的变化而使其性能减弱。另外，一般低于10kV电压等级的成套设备的主回路或联络桥所用的铜排规格不一，有的还另外增加诸如热缩管、冷缩管等的绝缘层来增加安全性。电力系统高负荷运行会对铜排造成一定的损坏，使其绝缘层的性能趋于老化，容易造成一次相间直接放电的事故。
除此之外，爬距和空气间隙过小也会引起开关柜出现绝缘问题。如：手车柜，使用时为缩短柜体的外形尺寸，往往会减少装于柜内的断路器，隔离插头相间或对地的距离，结构改造后并没有加强绝缘措施，导致开关柜正常使用后的故障发生率提高。
（四）质量因素
质量因素包括电力设备、电力材料2个方面。电力工程改造需用到诸多不同的设备及材料，其质量好坏对系统的发电、供电也会造成明显的影响。就目前开关柜存在的故障来说，隔离触头的质量不合格会造成手车柜的隔离触头因接触不良，最终引起电弧故障的发生。
由于绝缘子头部内部绝缘能力偏弱，环氧浇注电互感器和酚醛氧玻璃绝缘子的质量差，这种材料的质量及性能与电力标准规定的要求相差甚远。电力系统在正常运行状态下，会引起不同程度的尘埃积聚、受潮，使得构件的绝缘性能老化。调查显示，许多电力设备在标准状态下依旧会出现爬电现象，这对电力系统的安全性是极为不利的。
（五）操作因素
断路器在10kV开关柜中属于一次性的主体设备，在运行期间要面临大电流、高电压等环境，这些都会影响到设备的运行状态。主要表现为：（1）柜体的机械强度不够，当短路电流流经开关的时候，在电动力的作用下而导致柜体与开关之间发生位移，从而致使触头间接触电阻急剧增大，而产生电弧，甚至会引起爆炸。（2）静触头或动触头在长期的使用过程当中，因为它们之间相互的机械磨损而导致接触点或面的减少，从而造成触头之间接触不良的现象。（3）设备安装中因操作不当破坏了结构的完整性，如：动静触头插入不标准，接触电阻过大易引起不同的故障问题。操作中的拒动、误动等均是开关柜事故的诱发因素，主要表现在：首先，操动机构以及传动系统的机械故障引起的开关柜故障，这种情况体现于卡涩、部件变形或位移、脱扣失灵等；其次，由于电气控制及辅助回路引起的故障，该情况会造成保护装置难以正常执行命令。
三、10kV高压开关柜故障的防范措施
（一）重视材料的选择
在进行电力系统设计时，就需要对可以导致开关柜故障的因素进行充分的分析，从而在设计时采取科学有效的防范措施。当前市场上所销售的电气元件种类繁多，而且质量参差不齐，这就需要工作人员进行设计时，需要针对不同电气元件的性能和适用环境进行分析，选择质量优良的材料，确保开关柜处于最佳状态。另外也可以在设计时选择一些高性能的材料，这样对于提升设备的安全系数具有更好的效果。
（二）注重爬电比距的设计
在开关柜设计过程中，爬电比距是一个很重要的参数。只有符合该指标的要求，才能保证整个供电系统稳定安全工作。针对爬电比距，国家有着明确的规定，高压开关柜中各个组件的外缘爬电比距不小于18mm/kV，有机绝缘不小于20mm/kV。为了达到这一标准，电力施工部门应该严格控制相关配件的规格，在必要的情况下，可以找相关厂家定做，以保障电力系统工作的可靠性和稳定性。
（三）注重安全设计
安全问题是进行任何工程首要考虑的问题，在电力行业同样如
此，安全用电是电力行业长远发展的重要前提。为了确保供电系统的安全运行，电力行业制定了相关的标准。比如，高压开关柜内的各相导体之间及对地空气间隙必须在125mm以上。在使用负荷绝缘结构的时候，还要注意不同绝缘材料介电常数的配合。只有这样才能有效避免意外事故的发生，以及烟雾或有害气体对母线的腐蚀。
（四）性能方面
在对电力系统的保护结构进行设计时，不仅需要严格按照标准进行安装，而且还要对继电保护运行的方式进行不断改善，使其具有更好的性能，更好的确保电力系统安全的运行。而且在对继电器进行更换时，需要重新对一些重要参数指标进行设计。
结语
电力系统要想确保安全、稳定的运行，就需要确保高压开关柜的正常使用，尽量降低使用过程中发生故障的可能性，所以需要在安装改造过程中严格按照相关标准进行，确保安装的质量，同时还要做好一些常见故障的防范措施，确保高压开关柜处于最佳的工作状态下，使电力系统供电的可靠性得到较好的保障。
参考文献
[1] 赵东阁.浅析10KV高压开关柜分合闸故障原因及排查方法[J].科技致富向导2014年24期
[2] 郑银燕.试论高压开关柜的电气设计[J].科技致富向导2013年20期
[3] 叶小松.关于高压开关柜直流控制电源与继电保护的改进方案分析[J].电子世界2014年02期