10 kV配电柜典型设备风险及防范措施

朱刚柔

摘 要：针对10 kV配电柜（下面简称“配电柜”）的运行需求，结合其结构组成、运行和管理环境对其生命周期中的风险进行了分析，并提出了一些故障防范措施。通过对配电柜关键危害因素的控制，达到预防设备故障，提高运行过程中的安全稳定性，并在发生故障时，能够快速查找并修复的目的。最后提出了设备智能运行和管理的新方向。

关键词：10 kV配电柜；生命周期；设备风险；防范措施

中图分类号：TM642 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.03.077

1 现状

随着城市用地紧张，承包商成本、负荷的逐年递增和人们安全用电需求等客观因素的影响，10 kV配电线路设备的运行环境逐步由开放向封闭环境转变。在设备生产环节，配电设备逐步向大容量、高分断、小型化、精密化、拓展功能多样化发展。在运行环节，配电设备的运行环境劣化，突发问题与安全可靠运行需求之间的矛盾日益突出。配电柜作为10 kV线路的重要组成部分，承担着正常线路的投入、退出以及故障的排除等功能，对线路起着保护作用，目前也面临着类似的处境，所以要综合控制关键因素，加强对设备风险的分析，提高故障排查和防范能力。

2 10 kV配电柜常见危害与风险

10 kV配电柜主要由柜体（包括柜体、母排、接地）、开关操作机构、二次线路和监控机构三大部分构成。配电柜种类分为固定式和抽出式两种。根据设备生命周期的定义，配电柜的生命周期主要经历设计、制造、运输、安装、运行、报废六个阶段。造成配电柜危害主要有设计安装不当、绝缘损坏、操作机构失灵、安全净距离不足、散热不足、过负荷、二次线路损坏、雷击或者过电压、人为操作不当等原因。以下就设备本身、外环境造成的较为典型的几类故障进行风险分析。

2.1 柜体结构风险

目前，配电柜柜体普遍由冷轧钢板制成，厚度在1.5 mm以上。有效保障配电柜的强度，在柜体表面进行喷漆处理，有助于保护配电柜不被腐蚀。内部利用导轨来安装电气元件，保证接线端子与金属外壳之间有足够的距离。安装母排时，应用阻燃液等绝缘材料对其进行固定，以满足耐火耐热要求。在设计和制造阶段，设计和制造商出于降低制造成本和节约空间考虑，柜内空间往往偏小，限制了电气元件安装、运行的空间，安全净距离小，所以柜体本身存在的故障风险相对较低，但也留下了较大的安全隐患。

2.2 操作机构和电气元件风险

在配电柜中，各级真空断路器是进出线的主开关，起着分合负荷的作用。一些小型的断路器具有短路或保护其他用电器的作用，漏电断路器可以对漏电设备进行保护，配电柜中的内装元件一般选用符合国家相关规定的元件，以尽量减少故障的发生。操作机构和电气元件风险主要有：①在配电柜运行的初期阶段，最容易发生故障的就是前后级保护特性协调环节。其次，在制造阶段，配电柜大多是中置式，但在安装以后，箱体处于密封状态，散热性不是很好。另外，如果安装电气元件时采用的是并排模式，那么就与正常情况下所要求的条件不符。②在运行阶段，由于运行时间过长、操作频繁等原因，操作机构失效、元件和绝缘老化（例如开关失灵、触点松脱、开关等元件老化）往往是造成配电柜故障的主要原因。③在运行阶段，由于积尘、潮湿、腐蚀等原因，也会造成故障。④避雷器、电缆头等附件，由于制作质量、施工质量问题，造成故障的概率也非常大，所以操作机构和电气元件存在的故障风险较高。

2.3 导体连接风险

一方面，配电柜内部的一次和二次连接导体本身要有足够的机械和电气强度、绝缘性；另一方面，设置接地的导体对每一个回路中的保护接地线来说，都要连接到汇流排中，并做好相应的标志。断路器的发热与导体之间有着紧密联系，由于配电柜中的封闭性较高，导致散热性能不好，所以在工作过程中温升就比较快，从而难以确保导体正常的工作环境。在运行阶段，长期受高温运行环境和电冲击等因素的影响，容易造成绝缘损坏，最终造成故障，所以导体连接存在的故障风险也不容忽视。

2.4 外环境风险

对于配电柜，外环境存在着雷击和操作过电压（内部过电压）危害，操作过电压一般是由电气事故或者电气误操作所引起的，其中，操作过电压可升高到正常相电压的2～5倍，雷击或其感应电压可达上百万伏，虽然有接地保护，但一旦配电柜中绝缘性能较差的部位遭受瞬间过电压，也很容易造成故障。配电柜接地系统一般是固定的，很少出现损坏并引发故障。配电网系统中经常会出现人为的电气误操作事故，所以预防电气误操作，需要系统性地规范配电柜的安装设置、运行、操作管理。

3 10 kV配电柜故障防范措施

3.1 提高10 kV配电柜绝缘性能

首先，配电柜必须进行电气试验，在竣工验收合格后，才能正式投运。其次，有时候配电柜中所安装的电气元件与电网中需要的参数不相符，既不利于组合，还有可能降低绝缘性能，因此在各级开关的选用上，要注意其过流能力，防止过流跳闸或者长期工作烧毁。另外，对于绝缘体的设计，除了要满足工作过程中应承受的强度要求之外，还需要承受得住工作过程中的电压。

3.2 优化运行环境

在设计阶段，考虑到空间小、散热不足等环境危害因素的影响，要在条件允许的情况下，优先选用空间足够大的配电柜。虽然柜体、元件都是耐火耐热材料，但在长期高温、高电压的工作环境下，材料容易发生疲劳和老化，所以及时散热非常重要，尽量优先选用具备散热功能的配电柜。在运行阶段，由于积尘会影响设备散热、造成绝缘层腐蚀，所以在线路停电检修期间，要及时对配电柜进行除尘，使用酒精重点将母排、操作机构等部位擦拭干净。

3.3 实施风险评估与利用工程改造

由于在配电网设备中，配电柜的造价、维护成本相对较高，更新换代也相对较慢，所以目前配电网中不同厂家、不同类型的配电柜都有，质量参差不齐，这是配电网安全运行的薄弱环节之一。在运行阶段，除对旧配电柜每年开展常态设备状态评价外，在高温高负荷、保供电等特殊时期，有必要对其开展有针对性的风险评估工作，配套开展测温、测负荷、局部放电测试等检查工作。对于设备风险级别较高的，要采取适当的临时措施，并制订更换计划。另外，定检预试工作往往容易被忽略，根据规定，配电柜试验周期为母线联络断路器柜、主变低压侧断路器柜、电容器组断路器柜每3年1次，其余每6年1次。

3.4 完善防误操作装置

为防止电气误操作，现在所使用的配电柜中安装了各种各样的防误装置，防误操作装置的设置与管理要始终贯穿配电柜的整个生命周期。对规范防止电气误操作闭锁装置的现场运行管理，防误操作装置的管理措施包括：防误装置维护，防误装置验收、投运和停运，防误装置台账及技术档案，现场运行的巡视管理，正常操作解锁、特殊情况下解除防误闭锁装置的报告和许可。

3.5 实现设备与操作的规范化

配电柜作为配电网的重要组成部分，在设备设置、管理与操作上有着严格的要求。一方面，在设备的安装、运行阶段，要满足安全、健康与环境的规范化要求，实现设备安装位置、接线方式、标识、档案资料、巡视、维护、消缺、改造的规范化；另一方面，在运行阶段，电气操作要严格遵守规章制度，完善防止误操作的各项规章制，提高操作人员的敬业精神、技术能力和心理素质。

4 结束语

随着智能配电网的建设，10 kV配电柜在制造材料、结构、功能、运行环境、管理水平方面日益得到完善，有效降低了配电柜设备风险，但预防设备故障和快速排查故障依然是降低配电柜故障损失的一种重要手段。

参考文献

[1]刘理.关于配电房高低压配电柜的优化选择[J].科技风，2011（19）：84-85.

〔编辑：王霞〕