一次环网柜设备故障原因分析及对策

黄溯涵

（福建电力职业技术学院）

在配电线路中，经常会出现各种原因引起的故障，一旦出现故障，整个系统将不能正常工作，严重地影响到企业的运转和人们的正常生活。所以要尽最大的可能减少故障的发生，以保障电网的安全运行。

一、故障设备基本情况

10kV服装Ⅲ回#0环网柜型号：Ingenious-w-k/12/24， 由某高压开关设备有限公司2011年11月03日生产，并于2012年12月21日投运。

环网柜是一组高压的开关设备装设在钢板金属柜体内或设计成间隔式环网供电单元的高压电气设备，环网柜的核心部分为负荷开关和熔断器，具有价格低、结构简单、可提高供电参数、体积小和性能以及供电安全等优点。这些优点主要体现在：

（一）防误操作，保护人身及设备安全

以真空环网柜为例，其采用开关具有三工位高压开关设备的真空负荷。即关合、隔离、接地，接地、隔离开关具有明显可见的断口，隔离、负荷开关具有自动联动功能，即当真空负荷开关断开后，隔离开关将会自动断开，形成明显可见断口。当真空负荷开关合闸，隔离开关将自动先行闭合；接地、负荷开关也具有严格的电气与机械联锁，从而保证了两者在结构上不可能会出现误动，即使当负荷开关处于合闸位置，也无法进行接地开关合闸操作；同样，当接地开关处于合闸位置时，也无法进行负荷开关合闸操作；当环网柜前柜门被打开，负荷开关便不能再合闸，因此有效地防止了发生误操作。

（二）性能指标高

SF6 环网柜与真空环网柜所采用的SF6 负荷开关、真空可频繁操作，其“合-分”额定有功负载的次数可达上百次，为一般负荷开关，如产气式、压气式等负荷开关的10 倍以上，而且短时的耐受电流一般可达20kA，短路关合电流一般都可达到50kA，具备良好的开断能力。

（三）维护方便

高低压成套设备中的环网柜往往安装于配电房中，避免了环网电缆分支箱可能会遇到的危险，如水淹进水等、车辆碰撞、人为破坏。室内操作维护也将天气对操作的影响降到最低。柜面使用了使接线方式以模拟图的形式标示的设计，让人一目了然，部分厂家的环网柜更直接将注意事项及操作指导标注于柜面上，从而进一步地减少了操作人员出现误操作的可能。

（四）使用灵活，易于扩展

随着设备运行经验不断增加，可扩展型的环网柜逐步地取代了以前全封闭型的环网柜；由于模块化拼接、紧凑型设计等方面的进步，现如今环网柜很灵活地满足各种设计方案的要求地去配置，实现根据客户实际需求任意组合；电缆桥架的连接方式相比以前也更加灵活，即使在地面不够平整的情况下，也能实现电缆桥架的柔软连接，不会因地面不平整而出现局部放电的现象；安装自动化的接口，为配电自动化的建设做好准备。[1]

环网柜由一般由开关室、熔断器室、操动机构室和电缆室（底架）四部分组成。

密封在金属外壳内的各个功能回路及其回路之间的母线等共同组成了开关室。壳体由冷轧钢板（或不锈钢板）焊接而成。每一个功能回路包括一台负荷开关和接地开关。负荷开关是由垂直运动的动触头系统和位于下端的静触头组成，开关合闸时，动触头向下运动，负荷开关接通。接地开关由动触刀和静触刀组成，在弹簧运动过程中，接地开关快速接通。开关室上部和后部开有4个长方形装配工艺孔，环网柜的正面装有观察窗，可看到接地开关的“分”“合”位置。在环网柜的后部装有防爆装置。

负荷开关采用压气内吹式结构，灭弧能力强，且不影响相间及对地绝缘，动、静触头均带有弧触头，大大提高了开断次数。

（1）真空式环网柜：真空式环网柜是新一代产品，使用了环保型固体绝缘，该产品采用真空断路器+微机保护装置，所有的导电回路均使用硅橡胶或环氧树脂浇筑包裹，不仅保证了运行的安全，更保证了操作的高安全性，适用的电压等级可达24kV。

（2）SF6环网柜：SF6环网柜就是使用SF6负荷开关作为高压换违规的主开关，SF6气体是一种惰性气体，具有良好的绝缘性能和灭弧性能，将开关安装在全封闭的SF6气体中，可以有效地提高开关的寿命及稳定性，因此，SF6环网柜的使用寿命可长达20年。

（3）产气式环网柜：产气式环网柜是利用固体材料制成灭弧元件，开关分合电流时，如有机玻璃，固体材料可以在电弧的作用下，分解出气体，气体使电弧降温冷却，从而熄灭。具有分合电流越大，电弧越强，分解产生的气体就越多，灭弧效果就越好的特点。

（4）压气式环网柜：压气式环网柜采用了压气式负荷开关。压气式开关利用内部的压缩空气进行吹弧，在分闸时，压气活塞会快速运动，从而将气缸内的空气进行压缩，当灭弧触头分离，触头间产生电弧时，压缩气体经喷口吹动电弧，使电弧在电流低点由于电弧拉长熄灭。

环网柜的基本功能包括有:

（1）实时监测运行工况：远方监视和控制电环网柜。远程监测线路的负荷，实时掌握各支线、分段线路的负荷情况，及时发现重超载线路，提升电网规划的精益化水平。

（2）遥控功能使用：减轻班组现场倒闸操作工作量，减少倒闸操作时间，操作时间由原来2.5小时将为0.5小时。对热备用的线路联络开关的操作实现了负荷的快速转供，实现了配电网网络运行方式快速、灵活调整。

（3）FA功能：线路故障引起跳闸后，主站根据终端遥测信号判断故障区域并自动隔离故障。故障查找时间由大约2小时缩短至2分钟左右。供电可靠性由原来99.96%提升至99.997%。

而环网柜使用的开关主要包括有：

（1）负荷开关。负荷开关具有一定的带载分断能力，也就是说在轻载时是可以带电拉闸的，但不可频繁操作，一般的负荷开关都带熔断器，且其灭弧能力强于隔离开关。

（2）隔离开关。断路器在断开电路之后，由于隔离开关的断开，使断路器两端能得到明显的隔离，起隔离电源的作用。由于断路器的触头位置的机械指示装置既缺乏直观，又在某些情况下无法保证它的指示与断路器触头的实际位置一致，所以用隔离开关来使断路器两端明显隔离是必要的。

（3）断路器。有时也称它为高压开关,它的作用一般是用于切断高压电路中的电流,当电路发生故障的时候,也能够起到保护装置的作用。

（4）接地刀闸。在设备检修时，为了防止在检修的过程中，由于某种原因突然来电，伤及人身、设备安全，故必须将检修设备的两端都接地。高压配电柜的接地刀闸，一般将输出负荷侧进行接地，当我们在检修高压配电柜的负荷侧时，就要断开开关，同时闭合接地刀闸，这样可以防止突然来电引起触电事故，保护人身安全。另外可以释放设备剩余电荷，保障检修安全。

二、事故经过和现象描述

2016年6月22日10:11 监控机报：灵秀变10kV服装Ⅲ回647过流Ⅲ段动作，开关跳闸，查DMS系统无翻牌信息，通知山兜运维站施进雄，配电抢修操作班郑某，配电工区（电气）梁某，配抢陈某以及远程工作站。(与此同时10:11 监控机报：灵秀变10kVⅡ段母线B相接地，大仑Ⅱ回625线路B相接地。)

10:39 山兜运维站曾江举汇报王某：现场检查灵秀变10kV服装Ⅲ回647开关柜发现过流Ⅲ段动作，动作相为B、C相，动作电流1312.8A，重合闸未投，开关本体检查正常。

10:38 配电抢修操作班蔡某汇报吴某：现场巡视发现10kV服装Ⅲ回#0环网柜有烧毁痕迹，其他线路巡视无发现异常

11:08 配电工区（电气）梁某汇报王某：巡线南区#2开闭所没有发现异常，所有支路故障指示灯均未亮。王某令配电工区（电气）梁某：南区#2开闭所10kV南区#2开闭所主进901开关由运行转冷备用，于11:10汇报操作结束。

11:17 吴某令配电工区（电气）梁某：服装城南区开闭所10kV南区开闭所备进902开关由冷备用转运行，于11:19汇报操作结束，运行正常。

11:31 配电工区（电气）梁某汇报王某：转电后巡线南区#2开闭所，南区#2开闭所运行正常。

三、事故原因分析

（一）故障环网柜检查试验情况

（1)外观检查：环网柜PT间隔由于短路故障，间隔内部件及四周隔板均被短路气浪熏黑，与PT连接的电缆T型接头相邻的隔板有明显的放电痕迹。

（2)解体检查：PT C相套管内侧发黑熔丝烧毁，与其连接的T型电缆接头表面可见击穿孔洞。

（3)PT试验：PT线圈及绝缘等常规性试验，没有发现异常。

（二）原因分析

从外观及解体检查内部故障现象分析，这起故障主要原因是由于连接PT（C相）的电缆T型接头存在绝缘不足缺陷，在系统出现单相（B相）接地故障，非故障相电压升高至线电压的情况下在该绝缘薄弱处发生绝缘击穿并对隔板进行放电，形成两相（BC相）异地短路故障。

结论：故障的原因是由于连接PT（C相）的电缆T型接头存在绝缘缺陷，在系统出现过电压时发生绝缘击穿，形成短路故障。

四、其它同厂家同型号故障部位接近的设备

（一）物华工业园支路#7环网柜

型 号：Ingeniousw-k/12/24，由某高压开关设备有限公司生产（现场没有设备铭牌，生产日期不详），并于2012年06月28日投运。2016年6月20日发生故障。

故障部位：PT AB相电缆T接头处烧断后电缆对地放电短路

（二）郊区线#6环网柜

型 号：Ingeniousw-k/12/24，由某高压开关设备有限公司2012年9月12日生产，并于2012年11月06日投运。2016年5月2日发生故障。

故障部位：PT C相电缆T接头烧断后电缆对屏护板放电短路。

（三）裕通线#1环网柜

型 号：Ingeniousw-k/12/24，由某高压开关设备有限公司2012年5月15日生产，并于2012年5月21日投运。2016年6月26日发生故障。

故障部位：PT C相电缆T接头烧断后电缆对屏护板放电短路。

（四）服装Ⅴ回#0环网柜

型 号：Ingeniousw-k/12/24，由某高压开关设备有限公司生产，2012年12月22日投运。2016年6月26日发生故障。

故障部位：PT B相电缆T接头烧断并对对屏护板放电短路。

上述四起故障的设备厂家、型号及故障部位与本起故障类似，厂家均为该高压开关设备有限公司，型号相同，故障部位均在与PT连接的电缆T型接头处，2011年11月至2012年9月期间生产，2012年5月至2012年12月期间投运。

五、应采取的防范措施

（1）立即排查该高压开关设备有限公司2011年11月至2012年9月期间生产的环网柜设备，安排更换柜内所有电缆T型接头部件。

（2）无法立即安排更换的，应开展局部放电测试及红外测温工作，特别是检查电缆T接头是否发热、膨胀、变形等情况，及时跟踪设备运行情况。

（3）加强设备日常巡视维护，特别是该高压开关设备有限公司生产环网柜设备，有条件时应开箱门检查各个电缆T型接头，发现放电、膨胀、变形等情况应立即上报缺陷并组织处理。

（4）加强环网柜施工工艺质量验收，特别是电缆T型连接头安装是否到位，半导体层表面是否清洁，电缆是否可靠固定，防止运行中电缆接头爬电甚至烧毁。

（5）加强设备入网质量验收，要求厂家提供设备整体及各部件形式试验报告及出厂试验报告，加强设备投运前交接试验工作，及时发现设备缺陷，避免设备带病入网。

（6）对于易凝露结霜的设备，要做好防潮、通风措施，如果有可能，在柜体上下方留出进风和出风口，但一定要做好封堵。

（7）要勤巡查，多排查，多特巡，针对环网柜的绝缘性能要定期检查，对易出现问题的部位要即时处理，尤其是套管的材料，要选择环氧树脂材料；对于触头的状态和密闭情况也要定期排查，必要时可加装绝缘材料。

（8）母线排安装在最小安全距离下，也应尽量的拉大距离，母线的尖锐往往能够造成不必要的故障出现。距离的拉大是为了以防三相母线端在别的故障原因下所导致的对接地金属柜板放电的情况。

（9）不要完全信任厂家的安全标准，现有市场标准并不明朗，厂家的质量问题层出不穷，因为原材料的劣质导致的故障并不少见，要因地制宜的去改造产品柜间母线插头设计，因材料所限制，要及时的进行绝缘处理。有的产品在制作过程中的不确定性会间接的影响到环网柜的运行情况，要根据现场的实际情况进行安装。

（10）加强对现有已投运设备的巡视力度，尤其是在恶劣天气下的特巡工作必不可少，大部分的隐患都是出自恶劣天气的疏忽，一定要及时处理，对于不能及时处理的部位，可适当的进行停电处理，以免造成更大的损失。

（11）改善环网柜内的温度，加装加热器，增加排风口和进风口，但是要保证最小电气空间间隙，以免发生不必要的故障。另外运营单位还需要增加对开关柜内部温度的巡视，尤其是在难以维护的开关柜位置，可增设智能测温除湿模块，预防故障的发生。

（12）相关安装人员和巡视人员要加强培训和考察力度，要在保证一定的技术支持下，安全的进行安装和调试，将故障的隐患从源头进行根除，大部分的故障问题都是出现在前期的工作没有做实做精的情况下的。

（13）在加装了排风和进风设施的环网柜位置，要加装防尘网栅，以减少尘埃的进入，减少部件磨损和入尘的可能性。

（14）安装人员对环网柜的运行情况及内部设施情况要有一定的预警心理，要适当、适时的进行预防性试验，及时判断运行情况。但是要遵循相应的检查规范，当得到的数据与平时的正常运行数据相悖的时候，要结合实际情况进行对比，综合分析各方情况得出结论。在完成了预防性试验后，要注意事后检查，认真做好清扫工作。

（15）定期查看环网柜内触头的结构，观察是否出现老化、磨损的情况。

（16）在定期维护和验收工作结束后，及时检查孔洞封堵情况，以免出现漏堵、密封效果不佳的后果。

（17）合理的环网柜高度能在一定程度上减轻减少故障的发生，足够的空间可以给后续巡视、维修人员留下调整的余地，电缆的适度调整和规范，能尽最大可能的避免连接问题的出现。

（18）电缆连接的问题会给接线端造成一定的影响，一般来说，大概率会出现接触不良的问题，热量的快速上升会影响电缆的运行情况，电缆的导电面积也会因此受到影响。在以上事故发生的时候，维修时需选择外径较大的套管，保证其正常流通电流，热量快速散发，增加安全性能。[2]

六、结语

10KV线路由于直接面向客户终端，它的使用频率高，受到干扰大，在日常的运营过程中容易出现各种故障问题，严重影响着其运行的效率和经济性。为了提高10KV线路运行水平，相关部门的工作人员在日常的工作中要不断的加强对常见故障的研究，探索更加经济有效的处理措施，为电网的发展和安全运行做出贡献。