0kV真空开关柜的故障和预防

10 kV开关柜是配网系统的主要设备,其安全可靠运行对配网系统的稳定起着关键作用。目前，10 kV开关柜产品均比较成熟，但在实际运行中仍发现存在着部分缺陷，严重影响着开关柜的安全运行。现就110 kV云陵变电所10 kV开关柜在实际运行中出现的故障加以分析并提出相应的预防措施。

1 10 kV真空开关柜简介

110 kV云陵变电所使用的10 kV开关柜是全封闭压缩式真空开关柜，共有24柜。开关柜型号XGN2-10/ZD-08Q,装配一台ZN28-10A型真空断路器,两台GN30-10型户内高压旋转式隔离开关，操作机构配用CD17B型电磁操作机构。开关柜的出线方式分架空出线和电缆出线两种方式,架空出线利用铝排和穿墙套管实现连接,而电缆出线则是采用95mm2交联电缆实现开关柜与出线构架的连接。

2 10 kV真空开关柜的故障及原因

110 kV云陵变电所自1998年8月份投运以来，10 kV真空开关柜发生了较多的故障，使开关柜受到不同程度的损坏，造成了较大面积的停电。开关柜的故障可分成电气绝缘故障和机械故障，故障较多的有以下四种类型：真空开关柜装配的隔离开关支柱绝缘子爬距不够造成的表面闪络短路；真空灭弧室真空度泄漏导致的绝缘击穿；电缆出线柜避雷器安装地点的不恰当导致雷电季节的三相对地放电短路；梅雨季节真空开关柜绝缘支撑杆受潮劣化造成的开关整体绝缘电阻下降。

2.1 隔离开关支柱绝缘子爬距不够造成的表面闪络短路

真空开关柜属于全密封压缩式的设计模式，隔离开关在其分闸时带电部分对地绝缘距离实际为125 mm，其支柱绝缘子的对地垂直距离为13 cm，爬距净值经测试为18 cm，均处于10 kV要求的安全距离的下限。实际运行情况表明，在干燥的运行环境下，这样的爬距净值并不会造成闪络；但南方潮湿气候类型，在春夏两季，雨水较多，空气湿度很大，加上10 kV开关柜又安装于一楼，支柱绝缘子表面的凝露潮湿降低了爬距净值。当发生瞬间的操作过电压或雷击感应过电压时，绝缘子表面的闪络随之发生。一旦发生多相支柱绝缘子严重的对地闪络放电，即形成两相或三相接地短路。由于短路范围属于开关柜本体保护出口，本柜保护无法动作跳闸，须由后备保护经一定延时才可将故障切除。在继电保护延时的时间里，灼热高温的电弧已将开关柜毁坏，如连接铝排烧熔，支柱绝缘子裙套削平，真空灭弧室烧裂等。

2.2 真空灭弧室真空度泄漏导致的绝缘击穿

真空灭弧室是真空断路器正常运行时切断负荷电流和在线路发生故障时切断故障电流的主要元件，它的工作原理是依靠真空灭弧室内部的高度真空在电流过零时对分合闸产生的电弧进行灭弧，从而达到切断电流的目的，因此真空灭弧室的真空度是真空断路器工作的关键所在。由于真空灭弧室是依靠机械手段安装于断路器的上下支架之间，上下支架由两条绝缘支撑杆连接以加强应力强度，加上支柱绝缘子，拉合绝缘杆，主轴以及动作拐臂等元件组成一相真空断路器。真空断路器的分合动作与其轴向的装配紧密程度是影响真空灭弧室真空度的主要原因。如果真空断路器动作较为频繁（如电容器柜），加上真空断路器轴向装配上下偏移度较大，则真空灭弧室泄漏就会很明显。一旦真空度泄漏至无法在拉合电流时做到灭弧，该真空灭弧室即报废须予以更换。否则因电弧不能熄灭将在真空灭弧室里产生高温高压气体，导致真空灭弧室爆裂的严重后果。

2.3 避雷器安装地点不恰当导致三相对地放电短路故障

10 kV开关柜出线分架空出线和电缆出线两种方式。从投运至今的六年时间里所统计的运行情况来看，电缆出线的开关柜故障率远高于架空出线开关柜，在南方6~9月份雷雨季节期间特别明显。经过认真分析，发现故障的发生均由出线避雷器引起。开关柜为全封闭压缩式，其机械尺寸及电气安全距离均采用最低限度尺寸，对于架空出线而言，不存在这种问题，因其出线避雷器安装在出线构架上。而电缆出线开关柜则不同，由于开关柜空间狭小，电缆头与铝排、出线避雷器一起安装于开关柜后，带电点与开关柜柜后门距离只有15~16 cm，当雷电波沿线路侵入时，由于避雷器安装于开关柜内，无法将雷电波隔绝于开关柜外，只能在开关柜内消除，瞬间强大的雷电流在开关柜内引起三相接地短路。由于短路是本开关柜出口短路，本柜继电保护无法动作将故障切除，经一定延时后由上一级保护动作将故障切除，在保护动作时间内三相短路电弧足可将整柜开关柜烧毁。

2.4 绝缘支撑杆受潮导致整体绝缘电阻值下降故障

ZN28-10A型真空断路器的上下支架由两条绝缘支撑杆支撑以加强应力强度，而上下支架是导电体，要实现真空断路器的拉合闸以切断电流就要求与其并联的绝缘支撑杆必须是完全绝缘的。实践表明正是由于绝缘支撑杆的受潮劣化（该支撑杆是由环氧树脂浇铸而成）造成真空断路器整体绝缘的劣化，导致对真空灭弧室品质好坏的误判。此类故障在南方潮湿的运行环境下常会发生，并且在每次的年检中均可发现。按《 电气预防性试验规程》规定，判断真空断路器好坏的标准就是对10 kV真空断路器断口加42 kV交流电压持续1 min时间，若不会击穿且前后绝缘电阻值变化不大，则表明该真空灭弧室没有问题。当发生以上两种现象时则怀疑真空灭弧室已出现泄漏才导致绝缘下降甚而击穿，一般都会将整相断路器换掉，以保证运行的安全。将换下的真空断路器进行解体测试，发现不是真空灭弧室绝缘损坏，而是绝缘支撑杆受潮劣化引起。经询问厂家技术人员得以证实，该批真空断路器绝缘支撑杆是以北方气候环境为基础设计的，只适用北方干燥的天气，对于南方潮湿天气而言，却是一个较为严重的绝缘隐患。

3 故障的处理措施

针对10 kV真空开关柜投运后故障率居高不下的现象，我们组织了相关的技术人员进行了认真系统的分析，将这些故障进行分类，并根据不同的故障采取了积极有效的改进措施，在实际运行中取得了良好的效果。

3.1隔离开关支柱绝缘子爬距不够

为了增大爬距，技术人员在绝缘子表面首先喷涂绝缘漆，在短时间内收到了一定的效果，降低了该类故障的发生，但是由于绝缘漆受温度等因素的影响无法从根本上解决问题。后经与厂家协商，由厂家提供高爬距支柱绝缘子装配而成的隔离开关全部予以更换，实际运行结果表明，经过改造杜绝了该类故障的发生。

3.2 真空灭弧室真空度发生泄漏问题

对于真空灭弧室真空度发生泄漏问题，因牵涉的技术难度较高，因素也较多，必须从源头抓起，即要求在采购真空灭弧室时要选用知名厂家提供的质量可靠的真空灭弧室。其次，在装配真空灭弧室时要求厂家技术人员给予技术上的支持，提高真空断路器整组的装配质量，避免因机械原因造成真空灭弧室的泄漏。第三，对于年检和日常运行中发现的有故障预兆的真空断路器加强巡视，缩短预防性试验周期，一旦试验发现问题，如绝缘电阻急剧下降马上予以更换。由于以上措施得力，此类故障的发生势头得到了遏制。

3.3 电缆出线柜避雷器安装问题

此类问题属于较为简单但不易发现的问题，经屡次发生故障后（此类故障造成的后果十分严重，往往是整柜开关柜的毁坏）才引起对避雷器安装地点的重视。解决的方法是将装在开关柜内的避雷器移装于10 kV出线构架上，与出线构架共用同一接地体，这样既消除了雷电侵入时不会直接引入开关柜，在开关柜里对地放电造成三相短路，也消除了开关柜空间狭小和安装避雷器、电缆头、出线铝排等诸多设备造成的电气安全距离不够的隐患，取得了良好的效果。

3.4 真空断路器绝缘支撑杆问题

绝缘支撑杆是由环氧树脂浇铸而成的固体件，在断路器带电时要承受10 kV额定电压，异常情况下要承受操作过电压等高于额定电压的高压值，要求浇铸时不可有气泡和杂质存在。一旦有气泡和杂质存在，支撑杆的整体绝缘品质马上下降。在年检预防性试验时，按规程规定，对断路器断口加压42 kV 1 min后测试断路器断口绝缘电阻，此时断路器绝缘电阻值下降即是绝缘支撑杆劣化引起的，这种现象在潮湿的梅雨季节最为常见。分析其形成的机理是由于绝缘支撑杆内部存在气泡和杂质，一旦环境湿度较大，支撑杆内部吸收了水分，在电压的作用下，产生电解，形成导电通道，致使绝缘电阻下降。绝缘支撑杆的劣化会使真空断路器整体绝缘下降（从电气角度分析，绝缘支撑杆的绝缘电阻与真空灭弧室断口绝缘电阻是并联的，绝缘的下降将导致并联电路的电阻下降），容易造成对真空灭弧室绝缘品质的误判，因此真空断路器的运行和维护是一个不容忽视的问题。根据厂家提供的资料表明，该类支撑杆只适用于北方干燥的气候条件，杜绝此类故障的方法是更换高绝缘品质的适合于潮湿运行环境的绝缘支撑杆。

4 结束语

通过对真空开关柜缺陷的发现和改造，杜绝了因雷电和空气湿度以及设备安装等因素造成的故障，大大提高了真空开关柜的运行可靠性，在实际供用电过程中取得了良好的效果。