（广东电网有限责任公司东莞供电局 东莞 523000）
摘要：本文通过研究一起10kV刀闸柜故障烧毁引起的五级电力安全事件，从刀闸柜的内部结构和故障的烧毁情况分析故障发生的原因，判断出故障的根本原因是动触头弹簧疲劳引起拉力减小，运行中震动引发闪络燃弧，导致内部发生单相接地短路。最后根据现场处理情况和以往经验在设计、运维方面提出相应的处理方法和预控措施，以保障设备的可靠运行。
关键词：刀闸柜；单相接地短路；触头
0 引言
高压输电线路的带载能力主要取决于高压柜和电缆的额定工作电流。移开式高压柜在实际生产中多为采用，由于其可移开的特点在停送电和检修方面拥有一定的便利性。然而由于设备运行时间的增长和日益加重的负荷，柜内动静触头部位常有发热的现象，不仅影响线路的带载能力，使生产受到限制，严重时还可能导致开关柜或者刀闸柜烧损等事故。此类情况必须引起生产厂家及运维部门的高度重视，通过提高制造工艺以及完善运行维护管理工作，防患于未然。本文通过一起10kV刀闸柜触头烧毁的五级电力安全事件，结合现场实际情况对可移开式高压柜内触头发热的原因进行分析，并提出了相关的应对措施来提高设备达到运行安全。
1 设备缺陷情况
2017-05-18， 220kV某变电站后台监控显示“#1主变差动保护动作”信号。当值值班长立即派人检查#1主变及三侧开关范围一、二次设备，发现#1主变10kV 5110手车柜炸开，其他暂无发现异常，并将相关情况汇报调度。随后接调度令将#1主变、#1主变10kV 侧501开关、#1主变10kV侧511开关由热备用转检修。故障点如图1蓝色框所示。
图1（蓝色框为故障间隔）
检修人员到达现场对 #1主变本体及三侧开关的相关设备进行检查，主要检查情况如下：
（1）对#1主变220kV侧2201开关、#1主变110kV侧101开关外观、气压检查，无发现异常情况；
（2）对#1主变本体、#1主变10kV侧母线桥、母线桥支持瓷瓶、#1主变10kV侧穿墙瓷瓶检查，无发现异常情况；
（3）对#1主变10kV侧5010甲刀闸手车柜、#1主变10kV侧5010乙刀闸手车柜、#1主变10kV侧501开关手车柜、10kV 1M母线及母线上所有设备及#1主变10kV侧电容器511小车开关柜、10kV 1CM母线及母线上所有设备，均与异常情况。
（4）现场发现#1主变10kV侧电容器5110小车总刀闸柜及5010小车总刀闸有损坏，具体如下：
a.现场检查发现5110甲刀闸柜手车室的前柜门炸开，如图2。
柜内上下触头封板、手车柜体内部、绝缘筒已被高温熏黑及有大量金属粉末，绝缘筒内部有碳化烧伤，且下触头封板靠C相侧损坏，原因由故障气流所致。（如图3）。
检查绝缘筒无破裂，但B相下静触头绝缘筒内部有烧损的弹簧及金属碎屑，C相下静触头绝缘筒内部有封板破裂的碎块（如图4）。
图4
b.检查#1主变10kV侧电容器5110小车总刀闸
现场检查5110隔离开关手车触头及导电臂部分整体已被熏黑，5110小车总刀闸的B相下触头铜片压紧弹簧已烧断脱落，部分触片呈散开烧融状态（如图5.）。
图5.2
检查其它5个动触头，C相下触头的压紧弹簧已有轻微变形，A、B、C三相的下触头均严重熏黑；三相上触头压紧弹簧处于紧固状态，无明显的变形，但表面已被轻微熏黑。（如图6）
图6
检查检查5110隔离开关手车的上导电臂基座散热装置部位，A、B、C三相均有电弧烧伤并呈局部融化痕迹（如图7），判断为三相短路位置。
图7
c.5110隔离开关手车的底盘已变形，在拉出手车过程中明显受阻（如图8）。
2 原因分析
根据故障录波以及设备烧损情况来分析此次事件：由于#1主变10kV侧1CM分支5110刀闸小车B相发生接地短路，3个周波（60ms）后发展成为三相故障，引起#1主变主一差动保护动作，288毫秒2201开关分闸到位，299毫秒101开关分闸到位，365毫秒501、511开关分闸到位，373毫秒故障电流消失。故障时刻，#1主变220kV侧一次故障电流有效值分别为：A相104A，B相102A，C相94A，零序电流（3I0）4.8A；#1主变110kV侧一次故障电流分别为：A相1943A，B相1818A，C相1980A，零序电流（3I0）4A。折算至#1主变10kV侧故障电流有效值约：A相23673A，B相22265A，C相23854A。故障电流情况如图9、电压情况如图10、开关量变位录波情况如图11：
图9 主变各侧故障电流录波情况
图11 主变各侧开关量变位录波情况情况
对现场故障设备烧损情况情况进行分析：故障间隔5110隔离开关柜的前柜门炸开，并现场5110隔离开关手车内部，触头及导电臂部分整体已被熏黑，柜中三相隔离触头的烧伤严重程度均不一，其中最为严重的就是B相下触头，其铜片压紧弹簧已烧断脱落，部分触片呈散开烧融状态。可分析得出，故障原因有如下几点：
（1）从5110隔离开关手车B相下梅花触头损坏现象，判断此次故障源于B相下触头盒内动静触头之间出现闪络燃弧，引发单相短路接地故障。触头金属气化，金属气体粉末随高温四散，造成开关柜内空气绝缘下降，导致从5110隔离开关手车的上导电臂基座散热装置部位发生三相短路故障，A、B、C三相的该部位被电弧烧伤并呈局部融化。
（2）5110隔离开关B相下梅花触头质量问题。隔离手车在长达10年的运行中,梅花触头弹簧长期处于高温拉伸状态下，金属疲劳性降低，对静触头的接触压力降低产生松动，或弹簧断裂，使其对梅花触头接触压力不足而放电发热。加上运行中出现震动或波动，引发 B相下触头盒内动静触头之间出现闪络燃弧，造成单相短路接地故障。
触头的温升取决于它的导电性和导热性，与接触电阻有密切的关系，常用的接触电阻经验计算方式：
Rj= 
式中：P——触头压力（N）；
Rj——接触电阻（uΩ）
m——与接触形式有关的系数
Kf——与接触材料，表面情况，接触方式等有关的系数
由上式可以看出，当Kf、m系数相同的情况下，接触压力P越小，接触电阻Rj越大。对于本次事故的5110刀闸柜而言，接触形式相同，接触材料与接触方式一样，系数m、Kf应该相同，从B相下触头严重烧毁，A、C两相下触头烧黑，三相上触头轻微熏黑、无明显变形的迹象来看，正是由于三相下触头（尤其是B相）的接触压力P变小，才引起其接触电阻相对于其他触头偏大。
（3）根据现场刀闸柜结构，由于柜顶母线为桥进线，顶部无法安装抽风机进行排风散热，导致高温的空气汇集在柜体内无法顺畅排除造成柜内温度升高。在散热不利情况下，该5110刀闸柜已运行将近10年，长期高温会使触头本身表面加速氧化，接触电阻增大导致局部温度升高发热。设备长时间在高温环境下运行加速了绝缘老化，降低了绝缘性能，缩短了使用寿命。
（4）柜顶桥架压住了泄压通道，手车室发生燃弧时高温气体瞬间彭胀，从触头盒直接向前喷涌冲开了柜门，柜门受力面积最大，受到破坏性也最大，从而使该5110隔离开关柜前门炸开。
图13
3 处理情况
确定故障后， 检修人员现场对#1主变本体及其三侧相关设备进行检查，确认除5110刀闸手车柜故障，而其他设备无异常或故障后，经现场讨论，决定采取的处理方案为：取消5110隔离开关柜内隔离开关，拆除10kV母排至5110隔离手车的连接排，解除#1主变10kV侧母线与10kV 1CM母线的连接，暂时退出10kV 1CM段母线及其相关设备的运行（见图13），并将5110刀闸柜纳入大修技改项目进行改造处理。
试验专业人员对#1主变油进行化验和耐压试验，结果均合格。经专业班组人员抢修和相关试验合格后，220kV某变电站于2017年5月19日01时30分向调度申请#1主变由检修转运行。事件造成该220kV变电站站#1主变非计划停运，共停运7小时44分，无损失负荷。
事后将该站10kV手车新、旧触头送电科院金属所进行检验，分析对触头质量问题，同时对该站隔离小车梅花触头更换质量更优的产品，更换前要求厂家提供带新触头小车的温升试验报告，提升开关柜运行可靠性。并于近期内组织对全局大电流开关柜开展一次局放带电测试、红外测温，重点检查全局同类型开关柜的运行情况。
4 预控措施
（1）5110隔离车投运时间已将近10年，因高温氧化和积尘等因素影响，手车梅花触头的导电性能和弹簧拉力有了不同程度的降低和受损。对开关触头弹簧的使用寿命未能关注，未做到及时更换，停电维护时对触头弹簧的关注度不足。提高设备部件的检验手段，针对同类型设备结合停电进行专项检查，采取大修技改的措施进行更换。安排对该站同类型设备开展专项停电检查， 重点关注触头弹簧的运行情况，触指是否有发黑迹象，一旦发现异常马上向上级反映情况。
（2）建议厂家提供触头弹簧的使用寿命及更换弹簧的条件与要求，细化触头弹簧检查标准。
（3）对隔离进线柜散热系统进行改造，由于柜顶母线桥进线，顶部无法安装抽风机进行排风散热，可以考虑在中隔板底部前端也可以安装小型轴流风机向上吹风，多方面满足柜内加速散热要求，降低触头盒处局部温度。并针对KYN大电流柜加装在线测温装置，或对柜体封板进行开孔加装测温窗改造，以利于测温时直接判断内部导体温度。
（4）按检修维护保养规定定期检查，尤其对动静面氧化现象和弹簧拉力、接触电阻、触头盒绝缘性能等重点进行检查，如发现异常的及时进行更换，确保维护其安全稳定运行。
（5）明确设备高负荷的标准，对于运行方式调整等原因导致负荷增加的设备，制定运行方式变化前后的巡视及测温指导书。依据文件《关于加强变电站设备测温工作的通知》和《红外测温管理业务指引》，明确做好基于运行方式、负荷变化的设备红外测温工作。
5 结束语
10kV高压柜作为电网运行的关键设备，对电力系统的安全可靠运行影响重大。
通过对该10kV刀闸柜触头烧损的事件的分析可见，对于运行年份较长的高压柜，必须定期对动静面氧化现象和弹簧拉力、接触电阻、触头盒绝缘性能等重点进行检查，发现问题及时更换，并提高对同类型设备的关注度,细化触头弹簧的检查和标准。同时，体现了柜内散热系统的重要性。另外，在产品验收、设备维护各方面必须严格把关，提前发现缺陷，消除缺陷于萌芽状态,杜绝同类型事件再次发生。
参考文献
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[2] 牛玉朕，单名山，李训强. 电气设备的发热故障分析及处理[J]. 机电信息，2010（36）.
[3] 马保军。吴传红，高压开关柜内接头发惹事故的分析及解决[J]. 河南科技，2010（19）.
作者简介
黎梓嫣，1991，女，汉，广东东莞，东莞供电局，助理工程师，工学学士，变电检修技师；从事变电一次设备检修及缺陷分析。
项目名称：10kV KYN开关柜手车回路电阻测量辅助工具的研制。
项目编号：031900KK52180004
论文作者:黎梓嫣
论文发表刊物:《电力设备》2018年第30期
论文发表时间:2019/4/11
标签：触头论文; 手车论文; 故障论文; 弹簧论文; 设备论文; 情况论文; 测温论文; 《电力设备》2018年第30期论文;