高压开关柜的种类及常见故障分析

强弱电 2010-02-22 14:47:45 阅读158 评论0   字号：大中小 订阅 

高压开关柜的种类及常见故障分析

高压开关柜是电力系统中非常重要的电气设备。开关柜运行状态恶化是引发电力系统出现故障的原因之一。2002年1月1日，齐鲁石化公司塑料厂5BS配电室高压开关柜60508开关发生闪爆，导致整个装置停车，造成了巨大的经济损失。

一、高压开关柜的种类

（一）户外式及户内式

从高压开关柜的安置来分，可分为户外式和户内式两种,10KV及以下多采用户内式。根据一次线路方案的不同,可分为进出线开关柜、联络油开关柜、母线分段柜等。10KV进出线开关柜内多安装少油断路器或真空断路器,断路器所配的操动机构多为弹簧操动机构或电磁操动机构,也有配手动操动机构或永磁操动机构的。不同的开关柜在结构上有较大差别,这将影响到传感器的选择和安装。

（二）固定式及移开式

从高压开关柜的使用来分，可分为固定式和移开式。以前，发电厂的厂用电系统习惯采用移开式开关柜，而供电系统用固定柜较多。随着科学技术的进步和新产品的不断开发成功，很多习惯用法也在发生变化。例如金属铠装移开式开关柜就是在固定式开关柜的基础上发展起来的。金属铠装移开式开关柜为全封闭结构，各功能小室相互隔开，正常操作性能和防误操作功能百加完善和合理，检修方便，其运行的安全可靠性大为提高。

（三）高压开关柜的发展

近年来，随着小型真空断路器技术的开发和推广，中置式开关柜作为金属封闭铠装移开式开关设备的新开发得到了很快发展。中置柜的优点比较多，最重要的是手车小型化和制作工艺的机械化，使手车与导轨的制作更精确。甚至有不少厂家的产品，其手车包括主断路器和柜体不必在厂内一对一调试，出厂时分别发货到现场后，也很容易调试成功，同样可保证手车进出灵活方便。因该产品互换性好，受现场地面水平条件的影响很小。这种金属铠装移开式开关柜运行安全可靠，检修维护方便。因此供电系统采用的也越来越多了。

二、高压开关柜常见故障分析

分析其原因高压开关柜故障原因，多发生在绝缘、导电和机械方面。

（一）拒动、误动故障　

这种故障是高压开关柜最主要的故障，其原因可分为两类。一类是因操动机构及传动系统的机械故障造成，具体表现为机构卡涩，部件变形、位移或损坏，分合闸铁芯松动、卡涩，轴销松断，脱扣失灵等。另一类是因电气控制和辅助回路造成，表现为二次接线接触不良，端子松动，接线错误，分合闸线圈因机构卡涩或转换开关不良而烧损，辅助开关切换不灵，以及操作电源、合闸接触器、微动开关等故障。

（二）开断与关合故障　

这类故障是由断路器本体造成的，对少油断路器而言，主要表现为喷油短路、灭弧室烧损、开断能力不足、关合时爆炸等。对于真空断路器而言，表现为灭弧室及波纹管漏气、真空度降低、切电容器组重燃、陶瓷管破裂等。

（三）绝缘故障　

绝缘水平是要正确处理作用在绝缘上的各种电压(包括运行电压和各种过电压)、各种限压措施、绝缘强度这三者之间的关系。力求使产品做到既安全又经济，得到最佳的经济效益。在绝缘方面的故障主要表现为外绝缘对地闪络击穿，内绝缘对地闪络击穿，相间绝缘闪络击穿，雷电过电压闪络击穿，瓷瓶套管、电容套管闪络、污闪、击穿、爆炸，提升杆闪络，CT闪络、击穿、爆炸，瓷瓶断裂等。

（四）载流故障　

72～12KV电压等级发生的载流故障主要原因是开关柜隔离插头接触不良导致触头烧融。

（五）外力及其他故障　

包括异物撞击，自然灾害，小动物短路等不可知的其他外力及意外故障的发生。

三、高压开关柜的使用和故障检测

虽然在购买使用高压开关柜之前，相应的验收检查工作已经展开，但是在现实中难免有先天性质量问题的设备投入运行，另外，由于外力及机器老化的原因，高压开关柜也很难保持永久的安全使用状态。作为补救措施，用户必须加强对高压开关柜的检测工作。只要及时发现和检出异常所在，就能避免事故的发生。

（一）机械故障的检测、使用

很多统计资料表明，开关柜机械故障发生的比例最高。这是因为与机械操作相关联的元件非常多，包括合、分闸回路串联有很多环节。而且开关的操作是没有规律的，有时候很长时间也不操作一次，有时候却要连续动作。另外，还受一年四季环境变化的影响。所以机械故障特别是拒动故障是发生概率最高的。

要保证开关设备的操作机构性的可靠性，需经过考验验证。例如真空断路器制造厂在产品出厂前，往往要在标准规定的高低操作电压下进行机械操作数百次，如果有故障，就在出厂前进行处理。其次，开关柜内所有部件，特别是动作的部件包括各处的紧固螺钉、弹簧和拉杆，强度要足够，结构要可靠，要经得住长期运行的考验。

要保证电气回路良好的连通性，合、分闸线圈、辅助开关等元件的性能都要有保证。因为是串联回路，回路中的各个开关、熔断器以及各个连接处要始终处于完好状态，直流操作电源也要始终处于正常状态。如果直流回路绝缘不良，发生一点接地或多点接地，就可能使开关发生误动，如果直流回路导通不好或电源不正常，就会发生拒动事故。

无论制造厂和运行单位，都应把工作做好做扎实。以使机械方面的故障降低到最小。

（二）绝缘水平的检测

原则上讲，电压等级越高，对绝缘水平的选取更为关注。对于中压等级，往往希望通过增加不多的费用，将绝缘水平取得略为偏高一点、使得运行更安全。

国家标准GB311.1-1997推荐了四种冲击耐受电压试验方法，对于非自恢复绝缘为主的设备可采用3次法，非自恢复绝缘和自恢复绝缘组成的复合绝缘的设备可使用3/9次法，而复合绝缘的设备则一般采用15次法。目前高压开关柜的雷电冲击耐压试验多采用15次法，实际上在中压等级设备达到要求的外绝缘的最小空气尺寸，例如l0kV等级设备的外绝缘净空气间隙为125mm的情况下，冲击耐受电压裕度较大，用3/9次法也可达到试验的目的。

在实际检测中，还需考虑到同样绝缘水平的产品，不同地方的运行情况相差很大。影响电气设备在运行中绝缘性能是否可靠的因素除了设备本身的绝缘水平外，还有过电压保护措施、环境条件、运行状况和设备随使用时间的老化等等，必须综合考虑这些因素的作用。

（三）导电回路检测

在运行设备中所发生的导电回路故障或事故表明，一旦存在导电回路接触不良，问题会随着时间的推移而不断加剧。隔离插头上往往装有紧固弹簧，受热后弹性变差，使接触电阻进一步加大，直至事故发生。为此，厂方也要严格型式试验中的温升试验项目，对于批量生产的品种，还应用额定电流下温升试验进行定期或不定期的抽试。尤其是大额定电流开关柜，宜对每台产品进行温升试验验证。

按规程规定，用大电流直流压降法测量回路电阻，就是防止导电回路事故的一种方法。由于回路电阻测量的使用电流受到，就是测量结果合格，但在运行中仍然发生载流事故的已有好多次。实践表明这并不是一种十分可靠的办法，不应完全依赖它。

对于用户来说，产品投运后要对其载流量和稳定性做到心中有数，要确保设备的可靠、安全运行。在产品投运初期，加强监视是十分必要的，在高峰负荷以及夏季环境温度较高时，监视设备的运行状态尤其重要。例如可采用红外测温等方法来监视设备的发热情况，及时发现潜伏的不正常发热现象。

结论：设备发生了故障，一般会认为是设备质量差、档次低造成的，于是往往在加强设备指标水平上下功夫。其实设备的绝缘水平等指标不可能也不应盲目地加强，对事故要具体分析，检查所发生的缺陷是否有普遍性，另一方面是要在继电保护和运行环境方面进行工作，这样才能收到事半功倍的效果。我们应该正确使用、合理检测开关设备，保证其在绝缘、导电、机械操作以及开断性能方面可靠安全，并在长期运行中经得起时间的考验。

开关柜五防联锁简介

（1）当手车在柜体的工作位置合闸后,在底盘车内部的闭锁电磁铁被锁定在丝杠上,而不会被拉动.以防止带负荷误拉断路器手车。

（2）当接地开关处在合闸位置时, 接地开关主轴联锁机构中的推杆被推入柜中的手车导轨上,于是所配断路器手车不能被推进柜内。

（3）断路器手车在工作位置合闸后,出线侧带电,此时接地开关不能合闸. 接地开关主轴联锁机构中的推杆被阻止,其操作手柄无法操作接地开关主轴.

（4）对于电缆进线柜;母线分段柜和所用变方案,由于进线电缆侧带电,下门上装电磁锁,来确保在电缆侧带电时不能进入电缆室; 

（5）通过安装在面板上的防误型转换开关(带红绿牌),可以防止误分误合断路器. 

浅谈几种常用低压开关柜的优缺点

目前市场上最流行的低压柜型号大致以下几种:GGD,GCK,GCS,MNS,下面是本人对这几种柜体结构上的一点认识. 

首先是GGD,个人认为这是设计非常好的产品,虽然好多朋友可能认为有点过时,但从这些年来看,目前GGD的总体用量应该仍超过其他柜型.好多同行早就预言此柜型要淘汰,但本人认为还会用很长时间.因为其优点非常显著:1:非常标准化,可以这样说全国的GGD不会有多大的出入,所用的零部件尺寸全部一样(当然材料好坏可能不同).2:因为标准,所以可以大批量协作生产,柜体价格也十分低廉和透明,对于经济并不雄厚,大量中小企业非常适合.3深入人心,用户的一般电工都知道操作和维修,而且他们更习惯此种柜型.4:因为各馈电回路固定连接,而且经多年的应用情况来看运行还是非常可靠. 

其次是GCK,市面上叫GCK的太多了,从骨架上来分主要有FA,KS,C型材3种,每种骨架各家的制作也不尽相同,从抽屉的推进方式上又基本上分单拨插式,双拨插式,摇进式.从所以如果你看到GCK不一样也就不要大惊小怪了.一般搞电气设计的根本不知道GCK最后会给做成什么样子.应该说GCK是最混乱的了.常规来讲单台最多9个回路,现在也有可以设计1/2单元,基本上想要什么样都可以设计.但GCK的抽屉单元大多数没有清晰的3断位置,只能实现基本的连锁,大多数没有实验位置,我看要是用GCK就别考虑太复杂了,能体现是抽屉柜就算了.由于其混乱,如果要是想功能齐全点,保险点的话还是选其他的吧.现在GCK基本上定位为较便宜的抽屉柜. 

第三是GCS ,主要是标准型和经济型(也有叫改进型),相对GCK来讲,标准化要好多了,不会有什么大的变化.近期来看经济型的用量越来越大,主要是标准型的缺点太多,容易出问题,也没有经济型可靠,价格也比经济型高,从外观上看也没有区别,现在经济型也可以做1/2单元,其容量比标准型还大,一般设计虽然写GCS,但好多都给改成经济型制作了.相对于GCK,GCS柜抽屉单元都有清晰的3段位置,以前抽屉单元不好实现失压保护单元,现在虽然在推进机构上一些厂家有了改进,但仍不是太可靠,所以尽量不要在GCS抽屉单元里设计失压保护.GCS有个较大的缺点,其结构制作,尤其是装配十分麻烦,都采用螺栓连接,速度奇慢,工作量大,相比MNS装两台柜架,GCS一台也装不出来.现在好多厂家开始逐渐改用自攻丝,本人所在公司开始选用一种新的在8MF型材基础上改进的型材制作,骨架上模数孔为20间距5.3排孔.结合C型材组装、设计方便的特点,柜体装配速度极大提高,同时强度又比C型材大.其制作出来外观尺寸,抽屉结构同GCS一样. 

第4是MNS,也是分标准型和经济型.本人认为MNS的设计还是很不错的.设计思想比GCS强多了,GCS是学MNS都没学好.MNS的结构和功能都比较合理,现在其价格也已和GCS基本差不多.唯一的感觉是强度稍软一点,但并无大碍,可能是老外设计时考虑够用就行吧! 

当然本人还是推荐选用本公司新搞的GCS经济型,还没取个名字,但肯定是将来会取代现有的GCS经济型的. 

最后综合比较一下抽屉柜的价格吧,GGD就不说了.总的来说MNS,GCS标准型差不多都属贵的,经济型便宜点,GCK肯定最便宜的.但其实价格相差不大.

N2S型开关柜技术参数表

 希捷爱斯（上海）电气有限公司生产和销售的N2S型充气开关柜，是由一位在中压电器行业具有40年经验的，在国际开关领域享有崇高知名度的德国专家设计开发的，知识产权完全由希捷爱斯公司拥有。该开关柜是采用了国际上最先进的、符合绿色环保概念的N2和SF6 混合气体的绝缘技术，并将气体绝缘的优异性能和真空开断技术的优点相融而产生的新一代中压C-GIS产品。该产品集合计算机控制、电力系统信号传感、高压复合绝缘、气密性箱体激光焊接和氦气全自动检漏等当今最新的控制和制造技术于一体，代表了中压开关设备发展的方向。

N2S型开关柜符合GB3906《3.6-40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》、GB/T11022-1999《高压开关设备和控制设备标准的共同技术要求》、IEC62271-200《1-52kV 交流金属封闭开关设备和控制设备》、DL/T403-2000《12～40.5kV户内高压真空断路器订货技术条件》、DL/T404-1997《户内交流高压开关柜订货技术条件》、DL/T593-1997《高压开关设备的共用订货技术导则》等国家和行业标准。

N2S型开关柜环境适应性强、占地面积小、高可靠、免维护，适用于中压电网系统的变配电站、大型工矿企业、地铁、轻轨等多种场合。

N2S开关柜主回路分为两大部分，即母线室气箱和断路器室气箱。整体为上、下布置，断路器气箱在上，母线室气箱在下。母线气箱包括母线和隔离开关，断路器室气箱包括断路器、CT、PT。高压部件密封在气箱内，不与外界接触。每个气箱各自具有的压力释放装置，防止内部气压意外升高。气箱之间采用插拔式硅橡胶连接器连接，形成一个进出线回路。进出线电缆连接采用外锥式电缆插头，高压导体密封在绝缘件内，不受外界影响。

N2S 开关柜具有以下特点：

环保：12kV开关柜使用氮气，不使用SF6，避免 SF 6 对大气的排放。

紧凑型：开关柜柜体宽仅500mm，相对于目前中压电网使用的较多的空气绝缘开关柜，减少占地面积40%以上。符合我国社会经济建设不断发展的需要。

N2S开关柜一次回路可以实现真正免维护。高压回路采用气体密封，不受外界环境的影响，如：凝露、污秽、小动物及化学物质等。在我国一般开关柜因受外界环境影响而造成绝缘故障占相当大的比例，根据电力部对“九五”期间全国高压断路器事故统计，6~10kV级绝缘故障最多，占58.82%，而且主要发生在开关柜内。

充气柜采用真空断路器，机械寿命可达30,000次，开断最大可到 40kA，提高了设备的性能和高可靠性。

充气柜采用模块化双气箱结构，将母线气箱和断路器气箱分开，增加运行的安全性和灵活性。单路出线的更换和检修不会影响其他线路的运行。

气箱箱体采用世界上最先进的三维五轴激光焊接机焊接加工和最先进的氦气检漏设备作泄漏测试。箱体美观，气密性好，保证年泄漏率小于0.1%。

本开关柜操作安全方便，断路器和隔离开关同时具备手动和电动操作功能，断路器和隔离开关之间有可靠的机械联锁，符合“五防联锁”的要求。

采用硅橡胶连接器作为母线连接，直接插拔式安装。并且还配有专门安装支架，在工厂将临近的两台柜体或三台提前装配好，简化了现场安装工作。

气箱内的元器件包括CT、PT、电缆接头、母线连接器、绝缘支座等全部采用德国制造。高品质的元件是高品质产品的保证之一。

采用数字式继电器和传感器件实现开关设备的控制、保护、测量、通讯的智能化。