关键词：10kV高压开关柜；常见故障分析；防范措施
1能够引发变电站10kV高压开关柜故障的原因
1.1温度湿度因素
10kV高压开关柜的内部断路器多为真空断路器，需要保证使用环境干燥和正确的温度范围，而10kV高压室往往会建设在主控楼的低楼层处，平时运行环境湿度较大。同时因 10kV高压开关柜为封闭式设备，设备内部情况不易被巡视观察与测温，在设备内部刀闸分合不到位或故障时，容易出现设备发热却无法被发现的情况。设备在长期发热的条件下运行，会造成刀闸烧融、设备爆炸等事故。另外，为保证10kV高压室温度与湿度都在合适范围，往往会在10kV高压室内部装设空调，但因空调出风口设置不正确，将其对着开关柜直吹，会致使开关柜内部出现凝露现象，为设备安全影响带来隐患。
1.2尖端放电
尖端放电是电荷在导体尖端大量聚集，聚集到一定程度后电流击穿空气产生电弧的一种现象，在各类开关柜中，尖端放电能够击毁开关，使高压开关柜起火。避免尖端放电需要从两个方面进行考虑：
（1）各种元部件的尖端处理。在进行开关柜装设投产过程中，需要对常见带尖端的固定器材进行处理，采用尖端部分打磨措施，减少尖端电荷聚集。
（2）进行各种器材间距的设计合理。电荷击穿空气电压随导体间距的增加而增加，所以合理的内部导体间距设计，可有效避免尖端放电现象的发生。
（3）对投产前的耐压试验严格把关。不仅需要对10kV母线做耐压试验，对备用间隔的开关至下端接线板处也需试验，确保投产时设备安全可靠。
1.3雷击因素
雷电在击中导线时，可以瞬间产生极大的电流，在巨大的电动力的作用下会令开关柜内部设备变形。若此时保护装置故障无法及时跳开断路器，将出现越级跳闸，延长了故障跳闸时间，对设备危害加大。而大电流、高电压容易让电缆头爆炸起火，烧毁整个开关柜。同时，在雷雨天气，外部导线会产生感应过电压，在由于雷击造成的各类供电设备事故中，线路中的感应过电压约占85%，直击雷过电压约占15%，需要对感应过电压进行充分防范。所以在进行开关柜进行设计时，通过以上计算过程再进行断路器和线缆选取，防止雷击对开关柜造成损坏。
1.4动物闯入
变电站10kV出线变电柜在使用过程中，需要保证各类小型动物不会进入到柜体中。因为老鼠等动物会破坏柜体中的各类线缆的绝缘层，或者对柜体中其余种类的供电设备造成破坏。同时，各类生物都属于良导体，当这些生物在开关柜中同时接触不同的线路时，也会造成短路。所以在进行开关柜中设备接线以及柜体安装时，需要对柜体设置各类防小动物封堵措施，并在进行线路连接时，保证线缆的金属部分完全不外露，防止动物与金属部分接触造成短路。
1.5粉尘
由于粉尘会让空气电阻变小，并且粉尘在密闭空间浓度过高会在接触电火花瞬间发生爆炸，所以开关柜工作环境要保证清洁，避免粉尘因素对开关柜的安全运行造成影响。同时，粉尘会落入开关箱中的各类仪器中，对开关柜中的各类电子元件造成影响，尤其在涉及电路板的装置中，粉尘会导致电路板短路，影响设备的正常使用并导致设备损坏和烧毁。所以开关柜在安装时期和工作过程中，要注意防尘设施建设，并需要对开关柜每隔一段时间进行一次粉尘检查与清扫。
2变电站10kV高压开关柜故障原因分析
常见的10kV高压开关柜故障原因主要为雷击、小动物闯入以及开关柜受潮。据某供电局数据统计，2017年-2019年期间，10kV高压开关柜故障原因中，雷击占42%，小动物闯入占25%，开关柜受潮占19%，其余原因占14%。下面将主要介绍对开关柜故障的分析方法。
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2.1调查故障时天气情况
变电站最容易引发10kV高压开关柜故障的因素就是雷击，所以当出现10kV高压开关柜故障时分析的第一步就是对天雷击原因进行排查。主要为查看当天气象信息，观察在确保人身安全的情况下，观察避雷器动作次数信息和保护动作信息，同时对有装设有故障录波装置的变电站，可以查看故障录波的电压波形，以确定故障是否由雷击引发。确定故障由雷击引发后，需要对雷击过程的感应过电压和直击过电压进行计算，并检查开关柜、电缆是否因电动力造成变形。
2.2调查动物闯入痕迹
经过调查后，若发现整个供电系统未遭到雷击，需要对柜体外观以及柜体内部仪器进行检查，调查目的是确定故障是否由动物引起。通常来说，鼠类对开关柜构成威胁最大，所以在进行外观检查时，需要确定开关柜是否被鼠类啃咬和损坏，在进行内部设备检查时，需要观察是否有鼠类动物毛发以及尸体、排泄物等，从而确定故障是否由鼠类动物引起。除此之外，还要对已经损坏的各类供电和电路保护设备进行检查，检查项目涉及防小动物封堵情况，从根本上确定事故的动物因素。
2.3调查故障时温度湿度条件
温度湿度条件对开关柜安全影响很大，尤其是在空气常年潮湿的地区，更需要保证环境温度一直处于开关柜所需的温度范围中。在进行检查时，也要对开关柜中的各类设备本身进行调查，通过对各类仪器进行拆卸，检查其内部是否有水渍，若有水渍，则说明开关柜发生事故前，内部出现受潮现象。对温度的调查相对来说较为复杂，温度检查首先要观察开关柜内部是否有烧蚀、积碳痕迹。然后是对开关柜内部的温度控制、通风系统进行检查，温度控制系统涉及温度监测和通风设备等装置。在对温度控制系统进行检查时，首先需要对通风设备、监测系统进行排查，然后对温度控制器进行测试，确定温控仪器能否正常投入使用，最后进行线路检查。
2.4调查开关柜内清洁情况
开关柜若经过火灾故障后，往往现场有较多粉尘遗留，这为粉尘调查带来了困难，但是又由于粉尘是引发火灾的一个重要因素，所以需要对事故前的粉尘含量进行调查。调查方式可以通过查询开关柜维护记录，并对相关维护人员进行询问方式进行，结合各类仪器的监测结果得出结论。也可对相邻未损坏的设备进行检查，根据其脏污程度确定事故发生前开关柜内粉尘环境。对于未产生明火的事故，通常事故对开关柜内的粉尘影响不大，便于排查这一因素。若调查发现环境粉尘含量过高，需要在今后的工作中加强清洁工作。
2.5对各部件尖端进行测量
尖端放电过程中，电荷会在尖端产生高温，从而产生各种独特的尖端放电痕迹，所以尖端放电检测只需对发生故障后的所有含有尖端的器件进行相关检测即可。检测方式可以采用肉眼观察模式，将各种可能造成事故发生的元器件按照相关标准进行观察。通常情况下，由于尖端放电过程中会产生电弧，电弧在各种原件表面会留下碳颗粒并在同时使原件发生氧化，使原件尖端颜色变黑，从而确定事故是否由尖端放电现象产生。
3防范措施
3.1严格把关好设备设计、验收的环节。设备内部导体间的距离、电动力抵抗力以及通风散热设计均满足相关技术规范并留有相关裕度，同时在设备投产前验收需严格控制毛刺，绝缘未包裹好等现象，并做好耐压试验。
3.2加强日常巡视维护。对难以观察内部的开关柜可加装观察孔，用于测温和观察刀闸分合闸的到位情况。
3.3做好防小动物封堵排查工作。定期开展防小动物封堵排查，排除小动物对设备的威胁。
3.4严把电缆头制作质量关。电缆头制作严格按照工艺进行，对电缆头做交流耐压及相关试验。
3.5 关注10kV高压室的环境。在日常巡视时，关注室内温湿度、粉尘度情况，调整好空调的温度，并让出风口不直吹开关柜本体，防止出现凝露现象，让设备在最适合的环境中运行。
4结束语
变电站10kV高压开关柜的故障事故调查需要参考各种可能引发事故的因素进行，这些因素主要涉及雷击、清洁以及相关设备维护，本文对容易导致开关柜故障的各种因素进行系统分析，以及提出故障原因排查的思路。但若要真正减少开关柜的故障率，必须从设计、验收、运维各个角度去统筹策划，才能让开关柜更安全高效运行，保障人身与设备的安全。
参考文献
[1]胡东元.110kV变电站10kV出线开关柜烧毁原因分析[J].农村电气化,2017(07):33-34.
[2]岳晓萍,邢怀民.静电平衡状态下的尖端放电机理[J].新乡师范高等专科学校学报,2001(02):70-71.
论文作者:廖 聪
论文发表刊物:《中国电业》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/26
标签：开关柜论文; 故障论文; 尖端放电论文; 设备论文; 粉尘论文; 高压论文; 过电压论文; 《中国电业》2020年第1期论文;