前沿拓展：

開關柜(switch cabinet)是一種電氣設備，開關柜外線先進入柜內(nèi)主控開關，然后進入分控開關，各分路按其需要設置。如儀表，自控，電動機磁力開關，各種交流接觸器等，有的還設高壓室與低壓室開關柜，設有高壓母線，如發(fā)電廠等，有的還設有為保護主要設備的低周減載器。

開關柜(switchgear)的主要作用是在電力系統(tǒng)進行發(fā)電、輸電、配電和電能轉(zhuǎn)換的過程中，進行開合、控制和保護用電設備。開關柜內(nèi)的部件主要有斷路器、隔離開關、負荷開關、操作機構、互感器以及各種保護裝置等組成。開關柜的分類方法很多，如通過斷路器安裝方式可以分為移開式開關柜和固定式開關柜;或按照柜體結(jié)構的不同，可分為敞開式開關柜、金屬封閉開關柜、和金屬封閉鎧裝式開關柜;根據(jù)電壓等級不同又可分為高壓開關柜，低壓開關柜等。主要適用于發(fā)電廠、變電站、石油化工、冶金軋鋼、輕工紡織、廠礦企業(yè)和住宅小區(qū)、高層建筑等各種不同場合。

開關柜內(nèi)的部件主要有斷路器、隔離開關、負荷開關、操作機構、互感器以及各種保護裝置等組成。以下視頻具體解剖了細節(jié)：

開關柜的故障分析和對策

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12～40.5kV開關柜設備是電網(wǎng)系統(tǒng)中運行數(shù)量最多的一次變電設備，近年來，開關柜事故頻發(fā)，造成了經(jīng)濟損失、人員傷亡等不好的社會影響。

其事故隱患及固有缺陷主要集中在接線方式、內(nèi)部電弧釋放能力、內(nèi)部絕緣、發(fā)熱和防誤閉鎖等方面，通過制定針對性的對策，開關柜、環(huán)網(wǎng)柜事故數(shù)量大大減少，電網(wǎng)運行可靠性穩(wěn)步提升。

1、接線方式隱患

1.1、隱患類型

1.1.1、 TV柜內(nèi)避雷器直接連接母線

根據(jù)典型設計規(guī)范要求，TV柜內(nèi)避雷器須經(jīng)隔離手車連接母線，而TV柜內(nèi)倉位布置、接線方式多樣，部分TV柜內(nèi)避雷器未通過隔離手車連接至母線上，當對TV進行檢修時，拉開隔離手車，避雷器仍帶電，給進入倉內(nèi)作業(yè)的工作人員帶來觸電風險。TV柜內(nèi)避雷器主要有以下幾種接線形式，如圖2所示：

圖2 開關柜接線方式隱患

1、接線方式一：TV柜內(nèi)避雷器與TV安裝于后倉，熔斷器安裝在手車上，避雷器直接與母線相連，TV通過隔離手車與母線相連；

2、接線方式二：TV柜內(nèi)避雷器安裝在母線室內(nèi)，直接與母線相連，TV與熔斷器安裝在手車上；

3、接線方式三：TV柜內(nèi)避雷器單獨安裝在后倉或前下倉，直接與母線相連，TV與熔斷器安裝在手車上。

4、接線方式四：TV與熔斷器安裝在XGN系列固定柜隔室內(nèi)，避雷器單獨安裝在另一隔室，直接與母線相連；

5、接線方式五：避雷器、TV和熔斷器都安裝于后倉，避雷器直接與母線相連，TV通過隔離手車與母線相連；

6、接線方式六：避雷器、熔斷器和TV安裝于同臺手車，避雷器接于熔斷器后級。該布置方式屬于錯誤接線，運行中一旦熔斷器熔斷，設備將失去避雷器保護。

1.1.2 、開關柜下柜與后柜未完全隔離

部分KYN系列主變進線開關柜、母聯(lián)開關柜、饋線開關柜等開關柜的下柜與后柜未完全隔離，工作人員進入下柜可能誤碰母線或電纜頭帶電部位，造成觸電。開關柜下柜與后柜未隔離隱患如圖3所示：

圖3 開關柜下柜與后柜未隔離隱患

1.2、對策

對存在接線方式隱患的開關柜進行一次接線改造。開關柜接線方式改造示意圖如圖5所示：

圖5 開關柜接線方式改造示意圖

1.2.1、TV柜內(nèi)避雷器接線方式技術改造方案

1、對于接線方式一，拆除隔室內(nèi)部的避雷器，TV接線方式不變，封堵原母線室穿墻孔，將避雷器放在手車上改裝成熔斷器避雷器手車，且避雷器與熔斷器、TV回路并聯(lián)。

2、對于接線方式二，拆除母線隔室的避雷器，將避雷器移到手車上改裝成熔斷器和避雷器共手車，增加下觸頭盒安裝板、觸頭盒擋板及活門機構，將TV安裝在后倉，通過引線連接至隔離手車下觸頭。該方案可在原手車上實施，也可考慮更換新手車。

3、對于接線方式三，拆除原隔室的避雷器，將避雷器移到手車上改裝成熔斷器和避雷器共手車，封堵原母線室穿墻孔，增加手車下觸頭盒安裝板、觸頭盒擋板及活門機構，將TV安裝在后倉，通過引線連接至下觸頭上。該方案可在原手車上實施，也可考慮更換新手車。

4、對于接線方式四，拆除其它隔室內(nèi)部的避雷器，把避雷器移到熔斷器、TV隔室內(nèi)，連接至隔離開關斷口后，且與熔斷器、TV回路并聯(lián)。

5、對于接線方式五，避雷器，TV安裝位置不變，將原避雷器引線直接連接到隔離手車下觸頭，封堵原母線室穿墻孔。

6、對于接線方式六，該布置方式屬于錯誤接線，運行中一旦熔斷器熔斷，設備將失去避雷器保護。拆除原手車中的避雷器、熔斷器，改變接線位置，使避雷器接于熔斷器的上級，且與熔斷器、TV回路并聯(lián)。

1.2.2、開關柜下柜與后柜未完全隔離防范措施

由于此類開關柜產(chǎn)品結(jié)構定型，如在改造中加裝隔板會改變其內(nèi)部結(jié)構形式及空間分布，產(chǎn)品內(nèi)部防護性能無法保證，因此在進入柜內(nèi)作業(yè)時必須確認主變10kV側(cè)轉(zhuǎn)檢修、主變開關轉(zhuǎn)檢修，方可進行工作。

2、內(nèi)部電弧釋放能力不足

2.1、隱患類型

在實際運行中，金屬封閉開關柜本身有缺陷，加之運行條件惡劣導致的絕緣性能劣化或誤操作等原因，都會造成內(nèi)部發(fā)生電弧故障。短路產(chǎn)生的電弧溫度高、能量大，電弧本身是質(zhì)量極輕的等離子氣體，在電動力和熱氣的作用下電弧會在柜內(nèi)高速移動并造成故障范圍迅速擴大。在此情況下，絕緣材料氣化，金屬融化，開關柜內(nèi)部溫度及壓力驟升，如果未設計或安裝合格的壓力釋放通道，巨大的壓力會造成柜體隔板、門板、鉸鏈、觀察窗嚴重變形甚至斷裂，電弧產(chǎn)生的高溫氣流噴出柜體，造成設備附近的運行維護人員嚴重灼傷，甚至危及生命安全。當前在運設備存在未設置泄壓通道、泄壓通道設置不合理、內(nèi)部電弧釋放能力未經(jīng)試驗驗證以及試驗時的考核不嚴格等問題。

2.2、對策

【選型】開關柜內(nèi)部故障電弧性能應為IAC級，內(nèi)部電弧允許持續(xù)時間應不小于0.5s，試驗電流為額定短時耐受電流。對于額定短路開斷電流31.5kA以上產(chǎn)品可按照31.5kA進行內(nèi)部故障電弧試驗。

【改造】加裝或更改泄壓通道，嚴格按照型式試驗標準要求進行內(nèi)部電弧試驗驗證。

【保護】適當壓縮主變壓器各段保護級差，減少故障電弧的持續(xù)破壞時間。

3、內(nèi)部絕緣問題

3.1、隱患類型

近年來，開關柜產(chǎn)品體積不斷縮小，柜內(nèi)絕緣性能發(fā)生缺陷、故障增多。主要表現(xiàn)在：爬距和空氣間隙不夠，特別是手車柜，現(xiàn)在很多廠家為了縮短柜體尺寸，大幅度地減小裝于柜內(nèi)的斷路器、隔離插頭的相間和對地距離，卻未采取有效保證絕緣強度的措施；裝配工藝不良，由于裝配質(zhì)量差，開關柜內(nèi)的單一元件可以通過耐壓試驗，但組裝后開關柜整體卻無法通過；接點容量不足或接觸不良，當接點容量不足或接觸不良時，局部溫度升高，絕緣性能下降，引起對地或相間閃絡；凝露現(xiàn)象，自帶加熱器易損壞，無法正常工作，在開關柜內(nèi)發(fā)生凝露現(xiàn)象，降低絕緣性能；配套附件絕緣性能差。部分制造廠為了降低成本，采用絕緣水平較低的配套附件，降低了開關柜的整體絕緣性能。

3.2、對策

不能盲目追求開關柜小型化，應根據(jù)工程情況、變電站內(nèi)布置、運行維護和設備檢修等因素綜合考慮，采購合適的開關柜。

以空氣或以空氣/絕緣材料作為絕緣介質(zhì)的設備應考慮絕緣材料的厚度、設計場強和老化問題，并要求制造廠按照標準要求進行凝露試驗；對開關柜、環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)穿墻套管、機械活門、母排折彎處等部位，如空氣絕緣凈距離小于125mm（12kV）和300mm（40.5kV），應采取導體加裝絕緣護套的包封措施；進出線套管、機械活門、母排拐彎處等場強較為集中的部位，應采取倒角打磨等措施，防止電場畸變；柜內(nèi)母線支持瓷瓶等一些絕緣爬距不能滿足防污條件的設備，噴涂RTV絕緣涂料，提升老舊設備運行的技術條件。

4、發(fā)熱缺陷

4.1、隱患類型

回路連接點接觸不良，接觸電阻增大，發(fā)熱問題突出，如隔離觸頭接觸不良；金屬鎧裝式柜體通風口設計不合理，空氣不對流，散熱能力差，柜內(nèi)發(fā)熱問題較多；穿墻套管、電流互感器等安裝結(jié)構形成電磁閉合回路從而產(chǎn)生渦流，造成部分隔離擋板材質(zhì)發(fā)熱現(xiàn)象嚴重；部分封閉開關柜內(nèi)干式設備（澆注式電流互感器、澆注式電壓互感器、干式變壓器）選用的繞組線徑不足、澆注工藝控制不嚴，極易發(fā)生過熱損壞。

4.2、對策

加強開關柜的散熱，加裝送風機及引風機；結(jié)合停電機會，檢查動靜觸頭接觸壓力，必要時予以更換，同時更換疲勞的觸頭彈簧。加大柜體內(nèi)部測溫技術研究，應用無線測溫等新技術解決測溫難問題。

5、防誤閉鎖不完善

5.1、隱患類型

大部分開關柜都裝配了防誤閉鎖裝置，但其防誤閉鎖全面性、強制性并未達到要求。部分鎧裝式開關柜的后部上柜門為可開啟方式，無防誤閉鎖，無雙隔離擋板，打開后就可直接觸及帶電部位，且螺絲為普通內(nèi)六角螺絲，易發(fā)生開啟柜門誤入帶電柜內(nèi)的觸電事故；部分主變、母聯(lián)、TV、所用變等無接地開關的開關柜，后部下柜門未與接地開關形成機械閉鎖，可拆除螺絲直接打開后柜門，未關柜門的情況下也能合閘送電，易造成檢修人員誤開、誤入帶電間隔，發(fā)生人員觸電事故；部分開關柜后柜門上、下兩部分不能獨立閉鎖，上柜門依靠下柜門閉鎖。當合上出線接地開關，下柜門閉鎖解除，后上柜門也可打開，易造成觸電事故。如KYN28型開關柜；部分開關柜手車拖出后，可以輕易的將絕緣隔離擋扳推上，沒有防誤閉鎖，帶電體暴露，工作人員易誤開啟開關靜觸頭活門檔板，造成觸電事故。

5.2、對策

針對開關柜防誤功能不完善，對于后部上柜門可開啟，且打開后就可直接觸及帶電部位的高壓開關柜加裝機械掛鎖，配置微機防誤程序鎖進行閉鎖；在GG1A、XGN等開關柜上加裝接地開關與后柜門的聯(lián)鎖，加裝帶電顯示裝置閉鎖接地開關操作。定期檢查防誤裝置可靠性，利用停電機會檢查手車與接地開關，隔離開關與接地開關的機械閉鎖裝置。

6、結(jié)語

開關柜設備是電網(wǎng)重要的一次變電設備，為保證其運行穩(wěn)定，應從設計、材料、工藝、試驗、選型、運維等各個環(huán)節(jié)加強管控。嚴格按照典型設計要求，結(jié)合國家、行業(yè)標準，提出設計技術要求，從根本上杜絕接線隱患；依據(jù)國家和行業(yè)標準、以及反事故措施，制定嚴要求的設備招標文件，防止不合格產(chǎn)品入網(wǎng)運行；加強駐廠監(jiān)造力度，對生產(chǎn)關鍵點、出廠試驗嚴格見證，對于不合格產(chǎn)品堅決不允許其出廠；積極開展開關柜缺陷治理，強化反事故措施執(zhí)行；完善開關柜防誤功能，加強防誤閉鎖裝置的管理，裝設帶電顯示裝置，并與“五防”系統(tǒng)配合，保證防誤閉鎖的全面性和強制性。

拓展知識：