基于10kv配电网开关柜运行故障研究

doi:10.168/j.cnki.1005-2917.2019.06.0

基于10kV配电网开关柜运行故障研究

（广东电网有限责任公司佛山禅城供电局，广东 佛山　528000）

李晓川

摘

要： 当前，高负荷高能耗的配电网运行下，对于配电设备的要求更为严格，而开关柜作为10kV配电网中的核心设备，其对于整个电网系

统的运行安全具有关键性的影响，但是，因为设备自身原因及运行环境的影响，开关柜的故障频发。为此，文章将从10kV配电网开关柜的运行效用出发，对其常见故障进行归类分析，并给出故障处理的有效策略，以此为配电网的安全运转保驾护航。

关键词： 10kV配电网；开关柜；运行故障；故障分类

引言

当前，随着社会经济的飞速发展，各行各业对于电力的需求日渐增加，电力行业面临着高品质的电能功能效能要求，而为实现可持续、安全性的供电，各类配电设备故障的及时排查和处理成为必然之需。10kV配电网是连接电力系统和用户的核心环节，其供电可靠性的优劣直接影响着整个电力系统的运行安全，且关系电力行业的发展水平。据数据统计，10kV配电网承载着电力系统70%的供电量，其运行负载大、能耗高，且设备构成复杂，是故障高发的环节，实践证明80%的故障集发生在10kV配电网中，而开关柜是防控配电网出现运行故障，控制故障率，确保10kV配电网安全运行的核心部件，为此，研究将以10kV配电网开关柜为研究对象，结合以往研究和应用实践，深入剖析故障多发的部件和类型，以为故障的针对性防护提供有效支撑。

1. 10kV配电网开关柜的运行机制

开关柜作为10kV配电网的核心构建，其运行机制是在发电、输配电和电能转换过程中，进行开合、控制和保护用电设备，其组成部件复杂多样，故障发生率较高。结合实践应用，10kV配电网开关柜主要由真空断路器、电流互感器、即安即用的微机保护装置、保守、指示灯、压板等操作回路附件、各类位置辅助开关，各组成部分各负其责，其中，断路器、电流互感器置于开关柜内部，微机保护、操作回路附件、电度表等配设于继电器室的面板上。从运行效用上来看，10kV配电网开关柜在电网系统中主要发挥以下几方面的作用：首先，开合、控制10kV及以下的正常电力线路，以发挥传输、转换电力负荷的作用；其次，有效分割两点电力线路与电力系统的连接；再次，将故障设备或线段从电力系统抽离，以确保电力系统的安全、平稳运行，且利用退出设备或线路的可靠接地，实现控制电力系统故障率的目的；最后，实时监测、测定10kV配电网的发电、输配电的电压电流参数，并对发现的故障进行及时预警。

2. 10kV配电网开关柜的主要故障分析

2.1 绝缘故障

因为10kV配电网开关柜的绝缘水平与绝缘强度、绝缘处理电压存在直接关联性，为此，在其产生绝缘故障时，其表现形式主要体现在相间绝缘对地闪络击穿、雷过电电压闪络、CT爆炸、污闪、电容套管闪络及瓷瓶断裂等。结合10kV配电网运行情况，开关距的绝缘故障源于设备设计工艺缺陷、接点容量、爬距及空气间隙等因素的影响，且爬距及空间间隙不足是最常见的原因，而工艺缺陷容易印制瓷柱支撑的稳定性差，在遭受电流冲击时，会造成瓷柱的断裂，从而引发绝缘故障。一般，开关柜中的绝缘件发生损害，其绝缘能力也将下降，不能负荷过高的外在电压，进而引致放电及绝缘击穿故障，如设定绝缘件和气隙的电场强度为E1、E2，则可得如下公式：

E1ε2dE∞1（1）

2ε1d2

若上式中电解质将厚度d1＞d2，尤其在d2小至特定程度时，则电场强度E2要远超过E1，由此，引致绝缘件和气隙之间的放电。或者在两者连接不稳定、接触不良时，开关在长时间的操控过程中可能产生松动问题，增加了不稳固性，尤其在遭遇剧烈振动时，会引致

间断性放电问题，若无法及时发现和处理，加之故障隐匿于密封的开关柜内部，长期以往则将引致严重的故障问题。10kV配电网实际运行时，铜排相间距离取决于电压等级，若其两端距离内层过近，未考虑“临近效应”，则使两者之间未形成有效间隔，若遭遇水体侵蚀或高强振动，则会造成间隙放电问题，在处理不及时，会加剧放电，引致内层绝缘层破损、绝缘度丧失，增加故障发生率。

2.2 10kV异常发热故障

配电网开关柜在实际运行过程中，常常因为设计缺陷、工程质量、运维检测及技术更新慢等问题而引发多种异常发热问题，且开关柜过度发热或导电回路伴有同时伴有发热问题，便会引致开关柜的故障。具体故障原因包含，首先设计时，应准确计算和校准开关柜的应用条件，否则容易造成选用的开关器件容量与实际所需容量不一致，一旦投运，触头部位很容易产生过热现象，从而引致开关柜内部温度的过速增长；而且，在10kV配电网开关柜应用中若开关动静触头间接触不良，存在一定孔隙，则在大电流运行环境下会出发局部放电，造成异常温升，从而影响开关器件的使用性，最终引致开关柜故障。其次，安装施工中，10kV高压开关柜的施工安装有着严格的要求和技术标准，若未依照要求，如开关柜内部的的固定式插头或小车式开关插嘴未正确安装下，两者之间会出现“虚接”问题，由此引发开关柜温度异常增加；再次，运维过程中，需要将开关柜的开关连接点拆开进行维护、调试，并根据操作规程予以回复，但该过程中，因为粗心或非标准化操作，很容易将开关连接点螺栓漏装或少装，如此，开关柜在大电流条件下运行下，因为触头接触不良，会导致异常温升。

2.3 10kV误动及其他故障

配电网开关柜除了绝缘及异常发热故障外，还存在开关柜误动、据动、断开及闭合故障，其中误动、据动故障是10KV配电网开关柜最常见的故障之一，其根源在于辅助及电气控制等回路问题造成，诸如辅助开关直接不能正常切换，或是因为转换开关失效而引致端子松动、操作电源故障及微动开关故障等，同时，传动系统与操动机构的故障问题引发的合分闸的铁芯松动或卡涩也是容易造成开关柜的误动、据动。而10kV配电网开关柜的断开及闭合故障，多是因为陶瓷管损坏、波纹管及灭弧室渗透及真空度降低等断路器自身造成，常表现为灭弧室被损坏、开端性能差等现象。

3. 10kV配电网开关柜的防控策略分析

3.1 强化开关柜的设计及制造过程的质量把控

设计及制造的工艺及技术，是确保开关柜安全可靠运行的关键所在，为此，在10kV高压配电网的开关柜选型时，应该结合配电性和运行需求，选择工艺好、品牌优的厂家，深入运行现场进行实地调研，结合应用技术规范，给予针对性的生产、制造工艺建议；而且，在开关柜的设计过程中应该结合应用区域的环境和电网电流电压的状态等因素，进行针对性的设计，并在制造过程中严格把控开关柜元器件的质量，严防不达标的元器件流出并适应，预防因质量问题造成的10kV配电网开关柜故障。

3.2 推进开关柜的在线监测技术的应用

实时的故障跟踪及检测，可最大限度的防控开关柜的故障问题，控制故障率发生，为此，强调和推进开关柜的在线监测技术的应用与发展至关重要，尤其是近年来，日渐成熟的计算机、智能检测、自动化控制等技术的发展，可为开关柜各组成构件、异常温度、

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《装备维修技术》2019年第6期（总第174期）

为明显的缺陷问题，造成各类运行故障出现。

1.4 运行管理模式不当

对于配网自动化运行过程中出现的各类问题和故障缺陷来看，除了与前期规划建设不当有关，还和后续运行管理模式不规范存在着较为密切的关系，这同样也是比较重要的一个环节。相应运行管理方面的问题主要就是管理的适宜性不足，不仅难以及时高效的发现相应配网自动化运行中可能存在的各类缺陷问题，其具体管理维护的技术水平也存在着明显的滞后性，如此也就很可能会导致一些运行管理缺陷出现，而运行管理人员技能方面的缺陷同样也是比较重要的一个影响因素。

题，最终也就能够充分提升整体运行管理的有效性。

2.5 实现配网自动化系统自动控制的能力

配网自动化系统要想实现自动控制，首先必须要求计算机自动控制系统技术成熟，因此，要加快对该技术的研发力度，将大大提高系统在故障判断及处理方面的能力。在故障发生之后应该对故障地区进行隔离，然后供电单位需尽快安排维修人员对故障地点进行维修，排出故障且故障点电力恢复之后，需让工作人员重启自动控制系统，确保整个配电网恢复稳定。由于配电网自动化建设要求需要很高的资金注入，并且由于各地情况不同，所需考虑的方面的也很多，因此，在供电网供电设备建构时，应该综合考虑各种不同的情形，并写出详细的计划书，对各个工序统筹规划，并要求各个单位积极配合，以避免出现二次建设及推倒再建的可能，并且在施工时，应该先进行试点施工，在得到成功经验之后，再对其推广。

2.6 加强对电力配网自动化系统设备的维护

因为信息技术以及计算机的更新换代速度越来越快，因此做好配网自动化系统设备的维护将成为维护配网系统的关键，对于配网自动化系统，由于其工作原理是依据数据库的更新，通过对数据库的分析与统计并与所接收到的数据相互结合，得出结论并处理问题的，为了使得系统顺利运行，必须要对无线和有线通讯设备进行定期维护。维护系统时主要做到以下几个方面：定期维护终端设备。对光纤设备要进行合理维护与检修。对计算机设备及内部数据图形进行维护，对于这部分工作，也可以承包给专业公司。如果发现问题，在处理时要对处理过程中的情况进行详细记录与统计，为以后工作积累经验。如果出现系统无法接收数据或者数据时断时续等情况，应该检查接入线路，以及电路装置是否良好等。

2. 对策

2.1 明确配网自动化建设目标

对于配网自动化建设工作的落实而言，必须要首先明确最为基本的目标和任务，了解相应配网自动化的基本需求，进而才能够促使其在相应建设过程中体现出较为理想的适宜性，避免紧紧围绕一点进行设置处理，要促使其能够表现出系统性和完整化效果，尽量提升其整体运行价值和效益。

2.2 加强设备审查管控

对于配网自动化系统建设过程中涉及到的各类设备，更是需要进行严格把关和控制，促使其能够体现出较强的可靠性效果。结合相应配网自动化系统的运行需求选择合理的设备型号，保障相应设备型号能够和具体配网自动化系统运行相匹配，如此也就能够提升其后续运行可靠性。此外，还需要围绕着相关设备进行严格管控审查，了解其相应设备自身的质量效果，避免出现以次充好问题，切实保障相应设备的运行不存在任何异常值和缺陷，整体的协调性也能够得到较好保障。

2.3 做好建设验收管控

在配网自动化系统建设完成后，还需要重点加强对于验收工作的高度关注，促使相应验收环节能够全面分析相应配网自动化系统中可能遇到的各类问题和缺陷，采取专业的检测仪器设备进行处理，并且借助于试运行环节进行全面检验，了解其是否存在异常缺陷，进而也就能够通过校正和完善，提升其建设水平，避免给后续运行带来不利威胁和干扰。

2.4 创新运行管理模式

对于配网自动化系统后续运行管理工作的落实而言，重点加强对于运行管理模式的创新。同样也是比较重要的一个方面，其需要构建完善的配网自动化运行管理制度，明确各个管理人员的基本职责，进而采取较为理想的措施和手段进行落实，相应维护管理技术手段的创新同样也是必不可少的，其需要保障配网自动化运行中出现的各类异常值都能够得到及时发现，并且明确可能出现的各类问

结语

在配电网自动化建设中，与信息技术相结合、充分利用地理信息系统的优势、使用仿真技术对工作人员进行管理等都是电力自动化的表现，电力自动化系统在配电网运行管理中的应用，对电力事业的发展意义重大，这也是社会发展的需求，配电网自动化促进了电力事业的发展、加快了供电效率、提高了供电的可靠性，使我国电力事业建设工作朝着更好的方向进行。

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误动机及开合故障等全天候的监测提供应用支撑，例如开关触头、

导线、母排等的在线监测，可能够高精准的反映10kV配电网开关柜的工作运行状态，在发现温度异常时，可快速做出反应，及时进行故障排查和处理，以避免故障的进一步扩大，引发更严重的故障问题。

3.3 加快开关柜的新技术研发和应用

技术的进步直接关联10kV配电网开关柜运行效率和平稳性，当前，随着电力行业新技术的不断发展进步和应用，开关柜的可选设备类型、技术种类等更为多样，且呈现较快的更新换代速度，可选的范围更广，但一直以来因为理念的滞后，配电网建设过程10kV开关柜的技术滞后，且所占数量居多，为此，要确保开关柜故障的低频率、高效处理，需要紧跟前沿技术，加速技术的研发和更新应用。具体而言，应根据10kV高压开关柜的应用需求，加速转换技术发展理念，高度重视开关柜的技术更新换代工作，加大力度研发性能稳定、技术成熟且低功耗的低电阻率材料，以进一步提升高负荷、过强电流电压下开关柜的运行安全性，以确保10kV配电网的可持续性发、输配电功能的实现，满足人们的高品质用电需求。

的桥梁，是面向用户进行电能配给的支撑，对于保障用户高效、可持续性的用电具有重要的效用。而开关柜作为10kV配电网的核心构件，其主要作用是在配电网进行发电、输配电和电能转换中，进行合开、控制和保护用电设备，其结构复杂、故障检测难度大，故障多发，而上述从绝缘故障、发热故障、误动故障的发生机理及表现形式出发，从深层次阐释故障的原因，以便对症下药，针对不同故障类型和问题原因，进行开关柜运维、检修，以故障控制在最小概率。

参考文献

结束语

10kV配电网位于电力系统的末端，是连接输变电系统与用户

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