一起10kV大电流开关柜爆炸事故原因分析
赵小宾
【摘 要】本文通过一起10kV大电流开关柜爆炸事故,对继电保护动作情况和故障现象进行分析,找出故障原因,并提出对应预防措施,确保大电流开关柜的安全运行. 【期刊名称】《黑龙江科技信息》 【年(卷),期】2015(000)035 【总页数】2页(P78-79)
【关键词】10kV大电流开关柜;过热;事故分析;对策 【作 者】赵小宾
【作者单位】广东电网公司汕头供电局,广东汕头515041 【正文语种】中 文
一起因某变电站#2主变变低侧5020刀闸C相长期异常发热及进一步发展而导致刀闸发生单相接地，随之#2接地变保护动作，零序过流I段跳开分段500开关，零序过流III段跳开#2主变变低502A开关，最终导致10kV2AM母线失压事故。 事故回放：2015年某月13时20分，110kV某变电站运行人员在进行“#2主变由检修转运行，10kV2AM、2BM母转由#2主变供电”倒闸操作任务时，发生#2接地变保护动作，跳开#2主变变低502A开关，导致10kV 2AM母线失压，经现场检查发现#2主变变低5020刀闸柜内C相刀闸烧毁，并有明显的接地点，运行人员随即隔离故障，并恢复10kV 2AM母线上所有馈线送电。故障前10kV系统运行方式：10kV 1M母线、10kV 2AM母线经10kV分段500开关运行于#1主
变，10kV 3M母线、10kV 2BM母线经10kV分段550开关运行于#3主变，#2主变处于检修状态。
经现场详细检查，#2主变变低5020刀闸柜内C相刀闸有明显的接地点，且在刀闸动触头下刀发现受热熔化的环氧树脂，且铝压板损坏（C相母排上和柜底下有跌落的铝碎片），从铝压板内滑出一细铜导电管（大约50公分长度）（图1），碰到C相静触头下方为固定母排的钢构架；另外，C相静触头的触指存在发热变色现象，其中左边第二个触指损坏跌落在柜底下；其余A、B相刀闸检查外观无异常。#2主变本体及附属设备、10kV 2AM母线上各开关柜体内设备及#2接地变并无发现异常。#2主变变低5020刀闸柜采用的是XGN2-12型固定式开关柜，5020刀闸采用的是GN30-12Q/3150A-50kA。
事故经过：13时20分，变电站运行人员开始进行“#2主变由检修转运行，10kV2AM、2BM母转由#2主变供电”的倒闸操作任务，13时42分58秒，当合上#2主变变低502A开关，#1接地变动作，因后台报文较慢，操作人员没有及时发现10kV1M、2AM分段500开关跳闸。13时44分04秒，操作人员继续合上#2接地变52D开关，#2接地变保护动作，跳开#2主变变低502A开关，导致10kV 2AM母线失压。 2.1 继电保护动作情况
2.1.1 13时42分58秒253，运行人员合上#2主变变低502A后，从故障录波上看到10kV 2AM母线的Uc电压降低，3U0电压升高，并且一直持续下去，如图2。
2.1.2 13时42分58秒265，#1接地变保护低侧I段零序过流动作，动作电流4.8A，跳开10kV分段500开关，10kV分段500分段跳开后，10kV 1M母线的故障点切除，保护返回；
13时42分59秒60210kV分段500开关跳开；
13时44分04秒3#2接地变52D开关进行合闸操作；
13时44分04秒37310kV#2接地变52D低侧I段零序过流保护动作（动作电流4.76A）；
13时44分04秒37410kV#2接地变52D低侧II段零序过流保护动作（动作电流4.76A）；
13时44分04秒37410kV#2接地变52D低侧III段零序过流保护动作（动作电流4.76A）；
13时44分06秒401#2主变变低502A开关跳开，10kV 2AM母线失压，3U0电压消失；如图3。
2.1.3 整个事件后台报文截图如图4。根据以上故障录波、保护装置及后台的报文分析，此次#2主变变低5020刀闸柜故障保护动作完全正确。 2.2 历史试验数据分析
本变电站在2014年2月19日、8月26日，按周期完成10kV高压开关柜局放测试，试验数据均合格。 2.3 故障经过分析
2.3.1 事件发生直接原因。导致本次事件的直接原因是#2主变变低侧5020刀闸C相动触头下刀口内一细铜导电管滑出发生单相接地。在合上#2主变变低502A开关时，#1接地变低侧I段零序过流保护动作跳开10kV分段500开关，继续操作合上#2接地变52D开关，即出现#2接地变低侧I、II、III段零序过流保护动作跳开#2主变变低502A开关致10kV 2AM母线失压。
2.3.2 设备事件原因分析。由于5020刀闸C相局期异常发热，造成铝压板局部融化、缺损，在刀闸运行过程中，动触头内细铜导电管在重力的作用下掉落出来，并插在C相静触头下方的母排热缩套上。在此次刀闸分闸、合闸操作过程中，掉落出来的细铜导电管在惯性力作用下继续被甩出一部分，滑出部分达50公分左
右，致使合闸时细铜导电管与C相静触头下方固定母排的钢构架接触而发生接地故障。刀闸局期异常发热，铝压板局部融化、缺损的原因分析如下：刀闸C相动触头内应该存在缺陷，因C相动触头两端螺帽检查都是紧固的，但动触头内起分流作用的细铜导电管未充分接触导电管A，造成细铜导电管与导电管A之间接触电阻增大，引起局期异常发热，造成铝压板局部融化、缺损。刀闸动触头结构组装图如图5。
3.1 10kV开关柜运行现状分析
10kV封闭式开关柜具备操作方便、结构紧凑、占地空间少等优点，在变电站内广泛使用，但也存在以下三方面问题：
3.1.1 开关柜结构问题。由于开关柜内部结构原因，柜内电气连接点的发热故障在正常巡视时较难发现，一旦内部发生接触不良或操作不到位，导致导电回路接触电阻增大引起发热，随着时间的推移，热缺陷将不断加剧，直至发生事故。 3.1.2 元器件质量问题。由于开关柜属于成套设备，元器件的质量决定了开关柜的整体质量。目前，部分厂家的元器件采用外购产品，鉴于质量把关不严、成本控制等原因，使用的元器件质量不能往往满足运行要求，间接导致开关柜的内部故障。 3.1.3 运行环境不良问题［1］。由于10kV高压开关柜属于室内设备，存在通风、室内温度高等问题，导致部分柜体内部发热严重，造成设备元器件烧毁。另外，按照国标规定，10kV开关柜内导体相间及对地空气距离为不小于125mm，由于柜体结构原因，部分空气绝缘距离达不到规程要求，遇到潮湿天气，空气绝缘强度降低，加上绝缘件表面污秽等问题都会引起柜内绝缘下降，造成局部放电、闪络，严重时引起相间或对地短路故障。 3.2 建议措施
3.2.1 加强开关柜运维工作：a.开展大电流开关柜防拒动和检查性操作专项工作，对象包括超过3年未进行过分合闸操作，超过3年未进行过停电检查和重要客户
大电流开关柜3种，同时对超过2年未进行过检查性操作的主变变低开关柜，建议应完成三次分合闸的检查性操作。b.定期对辅助开关分、合闸线圈电阻、铁芯、动作特性、断路器机构和辅助元件等器件进行检查，针对投运已超过10年，且未进行触指更换的主变变低开关柜，建议通过反事故措施进行批量更换、检修工作。c.日常运维中，应定期进行红外测温及局放测试工作。由于开关柜结构的特殊性，红外测温时，如开关柜内温度超过80℃，应立即进行跟踪测温，采取转移、控制负荷等措施防止温度进一步上升，对于柜体内部无法准确测温，且柜体温度已超过50℃的开关柜，应加强巡视测温工作。设备巡视过程应加强开关柜外观、回路接线的检查，当开关柜内有异味、异常放电或者报故障信号时，应引起重视。 3.2.2 改善高压室及开关柜内运行环境。首先，通过在高压室内安装空调、设计采取底部进风、顶部排风的专门通风通道［2］等方式，加强空气流通，提高室内散热能力，同时加强柜内加热及防潮装置的日常维护，确保加热及防潮装置的正常使用。
3.2.3 采用新型的在线监测手段。采用封闭式开关柜触头温度监测技术，通过柜内安装光纤式测温装置等措施，实时监测柜内设备温度，在触头发热初始阶段就及时进行维修，避免长期过热。采用开关柜内部局放在线监测技术，及时发现柜内局部放电故障，避免因局部放电导致的内部短路。
变电站的10kV大电流开关柜故障不仅影响所在间隔的供电，还可能影响整个10kV系统的正常运行，甚至威胁到主变压器等设备的安全。因此，加强变电站开关柜的运行维护，针对开关柜故障采取对应预防措施，减少对变电站设备的损坏及对供电可靠性的影响，确保电网的安全可靠运行。
【相关文献】
［1］朱雪松.几起典型的220kV变电站35kV开关柜故障及其防治对策［J］.湖州师范学院学报，2011,33：217-219.
［2］陈世昌.浅析10kV手车式金属封闭开关柜触头发热原因及对策［J］.电气开关，2013（3）：77-82.
