水电站10kV开关柜常见故障及其处理

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水电站10kV开关柜常见故障及其处理
摘要:水电站在我国电力能源中扮演着极为重要的角色,更是未来我国能源
行业的主要发展方向之一。10kV开关柜是水电站供配电系统的重要组成部分,
10kV开关柜的正常运行是保证配网能够安全可靠供电的关键。故本文对水电站
10kV开关柜常见故障予以研究,并给出对应的解决办法,以期对我国水电事业可
持续发展有所帮助。

关键词:水电站;10kV开关柜;故障;处理;
引言
水电站内10kV开关柜是配网中重要的一环,在配网中起到电力传输和线路
保护的关键作用,10kV开关柜如果出现故障不仅会造成较大范围电力传输终止,
而且会使系统中可能存在的电压异常、过负荷、短路等异常情况得不到有效调控,
进而影响水电站内整个配电系统安全。因此,10kV开关柜已成为实现水电站配电
系统稳定运行的重要前提和保障,保证10kV开关柜的健康稳定运行有着重要意
义。

1. 10kV开关柜常见故障
10kV开关柜作为水电站配电系统中关键设备之一,在设备运行过程中,人员
原因、环境原因、设备自身原因等均会导致开关柜故障,需要引起高度关注,下
面结合部分实际案例说明10kV开关柜常见故障。

1.1机械故障
该问题为当下10kV开关柜较为常见的问题之一。机械故障一般分为机械联
锁故障、操作机构故障两类。首先是关于机械联锁故障,为保证设备和人员安全、
防止误操作,一般开关柜均设有五防联锁,当五防联锁失效时,可能会发生带地
刀合闸、带负荷拉刀闸、误入带电间隔而造成人员伤亡、设备损坏等事故。2020
年5月,小浪底工程发生过一次因机械闭锁失效造成的带地刀合闸事件,小浪底
水利枢纽坝用电10kV配电系统所用开关柜为北京开关厂KYN18A中置手车式开关
柜,该开关柜设计有五防联锁装置,正常情况下,当地刀处于合闸位时,开关小
车摇把无法插入小车孔内,开关小车无法遥至工作位。当天现场,开关柜预防性
试验结束后,在未确认地刀尚未分闸的情况下,操作人员顺利把摇把插入开关小
车孔内,并摇到工作位,使断路器正常合闸,造成9段主进线和该开关柜保护动
作、断路器跳闸,同时造成上级供电断路器跳闸。经调查,该开关柜在合闸回路
中缺失电气闭锁,而且操作机构机械联锁失灵。

操作机构故障一般表现为卡滞、组件形变等。同样是小浪底水利枢纽坝用电
10kV配电系统,在2019年4月,当某台开关柜预防性试验工作结束解除安措时,
发现地刀无法分断,拆开柜门检查发现地刀静触头与地刀发生卡滞,造成刀闸无
法分断,手动辅助分离后对静触头进行了适量打磨,并涂凡士林,设备恢复正常。
在其他开关柜上还出现过开关小车机构变形致使无法摇出到位、柜门正常打开柜
门等情况。

1.2开关柜绝缘故障
10kV开关柜绝缘故障通常为绝缘放电,比如导体彼此之间以及对地闪络和瓷
瓶闪络等等。绝缘放电主要是由于绝缘体以及绝缘间隙等绝缘强度未有达到规定
诉求,于高电压作用下出现放电情况,严重的更是会存在绝缘击穿事件。相较于
普通的变电站运行环境,水电站内的10kV开关柜设备运行环境受潮湿环境的影
响概率更高。而长期在这样潮湿的环境下工作,一方面设备耐用性会受到影响,
另一方面绝缘水平也会遭受极大的干扰。因此需要引起高度关注。

1.3相间短路故障
水电站10kV开关柜长期运行过程中,因为运行环境潮湿、端子连接松动以
及设备长期过负荷运行等情况,容易导致设备的绝缘性极大降低,引发击穿造成
两相短路,如果有电弧出现,两相短路就会继续造成三相短路,极为容易发生熔
断器熔管爆炸,炸碎柜门,造成严重的灾难。[2]另外,老鼠等小动物进入开关柜
内也极易引起相间短路,需要引起注意。

1.4元器件故障
10kV开关柜包含有带电显示器、过电压保护器、电压互感器等元器件。其中
带电显示器最容易故障,表现为传感器故障造成缺相显示、带电显示器内等损坏
造成缺相显示等。电压互感器故障主要是由于安装调试问题、二次侧发生短路、
铁磁谐振过电压以及自身质量问题导致的。[1]过电压保护器及避雷器时间久后,
可能因原材料不合格或间隙受潮引起内部漏电或击穿。2021年7月,在西霞院工
程坝用电10kV环网柜内发生过一次过电压保护器B相爆炸,造成供电电源保护
动作跳闸。因此,10kV开关柜内的元器件要定期检测和更换。

1. 电气故障处理策略
2.1管理办法
为确保10kV开关柜始终保持安全稳定的运行工况,务必构建全面完善的专
业管理制度,提升对各个开关设备的管控。对于各个开关柜设备需要严格落实完
善的运维管理制度。提高对于运维检修人员的培训引导,促使其提升业务熟练度,
更为有效的对辖区内的设备进行运行、管理、维护及检修等工作。对于业内频繁
出现的高压危险事故予以经验总结,避免此类事故的出现。

2.2运行办法
做好10kV开关柜定期维修保养工作。10kV开关柜为水电站内较为常见的同
时也是数量最多的设备之一,不同的10kV开关柜在水电站内肩负着不同的运行
职责,为保证各个开关柜均能够始终安全稳定运行,定期的维保工作十分关键。
维保过程中,尤其需要关注10kV开关柜的传动模块以及其它机械模块的维护,
对于机械结构无法正常工作的,需要立即予以更换,确保设备始终可以正常工作。
除此之外,还需要关注10kV开关柜的电气回路的排查,结合10kV开关柜搭载的
微机保护装置及其采集的相关信息,明确设备工作期间常见的电气问题,对相应
的设备以及电气连接回路进行排查,比如对各个回路的连接稳定性进行分析,对
端子排的固定情况进行排查,如若发现松脱端子,需要予以再度紧固,保证其可
靠连接。对元器件及保护装置进行检测、试验,不合格的予以更换,确保设备元
器件运行状态良好。
保证绝缘防护。首先,在平常的巡检期间需要对10kV开关柜的绝缘子瓷件
以及法兰等是不是存在开裂情况进行排查,夜间巡察期间则需要高度关注有没有
出现电晕问题。对于常年处在潮湿环境下运行的各个电气设备,则需要完善对应
的防潮措施。例如在室内安装空调设备,对配电柜的开孔进行必要的密封封堵,
避免潮气等的侵入,影响设备正常运行。对于存在绝缘安全问题的设备,工作期
间可能会对运维人员造成损伤,因此需要严格要求现场运维管理人员切实依据运
维管理操作章程,佩戴绝缘防护设备开展巡检工作。对于发现的存在绝缘问题的
设备,需要予以及时的报备,查明具体的故障并予以彻底解决,保证设备运行安
全性。

避免相间短路。第一应当保证配电柜内部的绝对干燥,越是干燥的环境往往
设备的绝缘性能也更稳定,可以一定程度上避免绝缘击穿情况出现。其次,在安
装期间,需要依据设计要求进行,避免接地电阻过高而导致局部电压过大导致短
路问题,设计期间需要保证开关柜可靠接地,这样可以有效避免电弧问题出现。
此外,对于配电柜较为脆弱以及可能存在的隐患的组件予以有效包裹,以此来保
证母线的绝缘性能,实现对母线的有效保护。

设备定期试验。定期对对各个开关柜进行系统性的电气试验以及功能试验,
唯有全部达标之后,方可继续投入使用。对于测试不达标的设备需要予以排查,
直至问题彻底解决方可继续投入使用。

1. 结束语
随着越来越多的前沿科技和电气技术的融合,极大的推动了10kV开关柜的
技术发展,现代水电站也在逐步朝着智能化的方向迈进。技术的更新迭代一方面
有效提升了设备的运行可靠性,同时也给运行维护人员带来了新的知识点和挑战,
因此需要引起高度关注,对于水电站内常见的电气故障需要完善对应的应急处理
预案,对于岗位人员则需要定期予以培训,切实提高其业务素养、与时俱进,从
而更为高效的应对各个问题,避免事故造成更大影响。

参考文献
[1] 胡新琴. 10kV开关柜运行中的常见故障及处理[J]. 电子技术与软件工
程, 2016.

[2] 许玉维. 10 kV开关柜电气故障分析与处理[J]. 工业技术,2019.