台州电厂6KV开关柜故障原因分析与对策

摘要：分析台州发电厂1990年以来6KV开关柜的故障原因，按事故原因如电气连接点过热、防误功能失灵及机构卡涩、过电压与污闪、小动物及外物造成的短路等展开阐述，并提出相应的对策，可为同类型设备提供参考。
关键词：6KV开关柜故障；事故原因；对策
0　前言
台州发电厂有8台机组，6台125MW（目前4台已扩容改造为135MW），2台330MW，高压厂用电为6KV中性点不接地系统，共有20段6KV母线，约有270台开关柜，开关柜型号多达6种。在电气高压设备中，6KV开关柜缺陷最多，多次发生过严重的事故，最近在2003年5月24日就发生过因6KV十段工作电源开关B相发热拉弧引起的#5高压厂变损坏事故。
本文结合我厂自1990年以来发生的6KV开关柜故障，总结分析了故障原因和我厂已采取及应采取的对策，可使我厂在6KV开关设备的运行、维护和管理上有更清晰、明确的工作思路，也可供兄弟厂家同类型的设备提供参考。
1　电气连接点的过热
1.1故障案例
（1）98年的＃8A凝泵开关A相动静触头接触不良烧熔而拉弧，造成母线A、B相相间短路，迅速发展成三相短路，由于高压厂变抗短路能力差加上高压引线焊接不良，结果造成＃8高变内部故障、爆炸损毁。
（2）03年5月24日，我厂6KV十段工作电源开关下桩头（电源进线侧）B相触头因接触不良而发热烧熔，引起对地放电短路，由于过电压的作用，导致＃5高压厂变低压侧线圈绝缘击穿损坏。
1.2原因分析
我厂上述的2起案例中：＃8A凝泵开关为接触器为CKG1-400/6的F-C开关，开关柜型号GSC-IF型，其隔离插头为鸭嘴形；6KV十段工作电源开关为SN10－10Ⅱ油开关，开关柜型号GC-2F型，其隔离插头为鸭嘴形；这两起事故均为开关隔离插头与母线静触头接触不良所致。
#8A凝泵开关的设计负荷400A，熔丝取315A，而凝泵电机的额定负荷为124.7A，由于开关的设计负荷为电机实际运行负荷的几倍，在平常运行时是根本没有发热现象的，事故原因只是由于动触头与静触头接触严重不良而在倒泵后突发产生的（事故后现场分析认为静触头可能没有插到动触指中间，只跟动触头下部碰触而造成接触处严重发热拉弧）。
6kV十段工作电源开关的设计负荷1000A，但在夏季运行时，其实际负荷不到七、八百安培发热就较严重，一般情况下对发热较为严重的开关进行限制电流运行，即通常把给泵切到另一段母线上。该开关在事故前10来天就因发热严重而处理过，并且在处理时发现动触头有烧伤痕迹。
这两起故障的主要原因，出在开关的隔离插头设计上。其截面偏小，又无定位装置，在小车推进时，动静触头往往不可避免地发生相对偏移，进一步造成导电接触面减少，再加上在运行中因承受过高的温升使其触头弹簧特性变坏、压力发生变化进一步加剧接触不良的程度，以致在电流较大时过热起弧而烧毁。
其次，对油开关柜而言，其工作电源开关额定载流量还不够大，虽然设计负荷为1000A，但其未考虑到使用的环境温度。根据相关资料可知在其制造试验时往往环境温度还不到100C。由此可知其工作电源开关往往是处于重负荷或超负荷运行状态，其持续的发热致使主导电回路的各电气连接点接触恶化也是间接导致事故发生的原因。
1.3　采取的对策
（1）在#8凝泵开关出事故后，把#7、8机的F-C开关鸭嘴形触头改成梅花型触头，增加了接触的可靠性；又由于该型开关在防误功能及操作机构方面都存在制造上的缺陷，于2002年#8机F-C开关改成上海通用电气P/VⅡ-7.2（国内型号KYN33-7.2）型，该开关动静触头为圆形结构，活动范围大，由于磁场、电场都比较均匀，可以较好地避免局部放电和过热的，如制造工艺过关的话，该接触应是相当可靠的（但我厂的情况并非那么理想，动静触头的接触没有问题了，却发生了静触臂浇注件断落的现象，再加上该开关在其他方面如手车摇进机构卡涩、辅助开关触头烧熔等，应该说问题还是不少的）。
（2）对我厂老机组的6KV手车式油开关逐步进行改造成ZN73-12/1250的固定式真空开关的工作，改造的原因是多方面的，由于开关在操作性能、防误功能、绝缘裕度、柜内各功能区及柜间的分隔封闭性的要求等等。由于开关改成固定式真空开关，动静触头之间接触不良的问题一劳永逸地得到了解决，而且固定式开关的防误功能的可靠性也较高，应该说选择固定式的真空开关是选对了方向的。该开关在额定载流量上也有增加，达到1250A，可保证在运行中不致发热。但目前存在的问题是，固定式开关柜的母线隔离闸刀配置是1000A的，对于工作电源等大电流间隔来说，闸刀接触处有发热现象，应考虑改进，增大容量。
（3）对于还未改造的4台机组的油开关，必须要注意对小车隔离插头的检查、维护，防止隔离插头因接触不良引起发热起弧、酿成开关柜事故的可能性。在检修中应重视对隔离插头接触表面、弹簧压力和动静触头的配合等进行仔细的检查，对不符合要求者予以认真处理，对动触头有烧灼痕迹的及时予以更换。在开关的复役操作中，必须认真检查隔离插头的接触情况，特别注意是否有偏移。运行人员巡回检查时，应注意检查隔离插头有无发热变色现象。考虑到在实际运行中开关动静触头接触处发热的程度难以观察，可尝试在开关动触头两侧贴示温片，根据变色的情况来加以判断。
（4）加强对开关柜、开关主回路的各连接点的检查（包括固定式真空开关柜），特别注意各连接螺丝是否紧固、接触是否良好、有无氧化腐蚀及过热变色征象，在6KV开关柜大修停母线的情况下，建议对开关柜整体回路的接触电阻进行测量，以及早发现并消除事故隐患。
（5）对开关室进行整治，降低使用环境的温度，采用空调降温。
2　防误功能失灵及机构卡涩、拒分拒合
2.1故障案例
95年的＃7磨煤机开关修后未复位到分闸位置，复役操作中，运行人员又未认真核对开关的实际状态，在手动修推入小车时，防误闭锁机构虽动作了，但开关未能自动分闸，造成带负荷合小车隔离插头的事故，开关柜烧坏，导致6KV七段母线短路，造成＃4高变故障起火损坏。
2.2原因分析
#7磨煤机开关与老机组其它所有6KV油开关一样，型号都是SN10－10Ⅱ油开关，但开关柜型号却不一样。#7磨煤机开关柜为GC－1型（改造前的原Ⅰ、Ⅱ期油开关柜均是这种类型），其机械闭锁脱扣装置比起我厂Ⅲ期的GC-2F开关柜以及1990年更换的6KV一段JYN2-10开关柜的闭锁装置，可靠性要差得多。
防止小车开关在合闸位置推进或拉出开关柜，这是6KV开关柜的防误功能中最重要的一项功能。若开关能在合闸状态推进或拉出开关柜，其后果就是带负荷拉合开关隔离插头（就相当于带负荷拉合隔离开关）。
GC－1型开关柜实现此防误功能的机械闭锁装置是这样的：在小车开关处于合闸的状态下，开关两侧的闭锁导杆处于直立位置，开关是无法推进或拉出的。在忘了主动去把开关分闸的情况下，操作开关时先用操作手柄扳下小车面板上的闭锁脱扣装置，使小车两侧的闭锁导杆处于水平位置，在这同时，通过闭锁装置机械连杆的作用使处于合闸状态的开关脱扣分闸。该机械闭锁的缺陷是，只要开关两侧闭锁导杆处于水平位置，而无论开关实际分闸与否，其开关就能推进或拉出开关柜。造成开关闭锁装置动作后机构未能分闸的原因有3种：一是由于该闭锁装置上侧连杆支点位置偏斜而使分闸脱扣板未能动作或其行程不够，二是由于开关机构严重卡涩，三是上述两种原因兼而有之。＃7磨煤机开关就是这样而造成了严重后果。
在我厂的油开关及F-C开关中，各种原因引起开关拒分拒合的现象并不少见，虽然除了上述案例外都未造成什么严重的后果，但对设备的安全运行来说，却是个严重的隐患。引起开关拒分拒合，究其原因有机械方面的、也有电气方面的。从机械方面来说，主要原因除了上述所说的机械闭锁脱扣失灵、操作机构卡涩外，具体说来还有传动部件变形移位、损坏，分合闸铁芯卡涩，对CD10机构来说可能四连杆调整不当、连板中间轴过死点偏大或偏小等等。从电气方面来说，辅助开关传动杆位置调整不当、触点接触不良、分合过程中辅助开关切换过早是其主要原因。
2.3采取的对策
（1）加强对所有开关柜的五防验收，在每次开关柜检修复役前，检修人员都要会同运行人员进行五防功能操作验收，对五防功能有缺陷的一定要认真对待，一般情况下要做到五防功能未可靠修复而不投用。
（2）在小车开关进行复役或停役操作时，必须认真检查、严格监护，确认开关在分闸位置，对蓄能操作机构还应确认在释能状态，才能推进或拉出小车。
（3）对所有开关的操作机构应定期进行认真的清扫，在转动和磨擦部位进行必要的润滑，防止机构卡涩。对出现过机械卡涩、拒分拒合现象的开关应认真检查，除了处理好缺陷外，更要查找出相关的原因、做好预防的措施。
（4）对GC-1型开关柜的开关进行检修时，应认真检查开关机械闭锁脱扣装置上侧连杆支点位置，尤其是要保证机械闭锁脱扣装置上侧连杆不能变形偏斜，确保该闭锁脱扣装置的可靠性。目前我厂GC-1型油开关柜还有三段母线，到#4机大修6KV七、八段改造完成后，就只剩下#1机的6KV二段母线了。
（5）目前我厂的开关柜型号众多，油开关柜有GC-1、GC-2F、JYN2-10，固定式真空开关柜有XGN2-10、XGN66A-12，又有#7、8机的GSC-IF型及两种类型的KYN柜。结构各不相同，操作机构的缺陷也不相同，五防功能可靠性参差不齐，对此我们应该做到对所有设备的情况都相当熟悉，并且最好还能建立五防功能与机构缺陷的台帐，对出现过缺陷的随时登记在册，加强检查与监督。
3　过电压、污闪与绝缘裕度
3.1　故障案例
1990年1月9日的＃1给水泵开关因操作过电压及绝缘子凝露污秽造成6KV一段开关柜火烧连营的事故，导致4台发电机组停运，6KV一段开关柜几乎全部烧损而更换。
3.2原因分析
关于过电压造成的事故，也不限于上述的#1给水泵事件，还有在"电气连接点的过热"中所述的6KV十段工作电源开关B相动静触头接触不良的事故中，也正因为事故发展过程中引起的过电压，而造成了#5高压厂变的损坏。
对于1990年的#1给水泵操作过电压，其成因一时难以说清楚，因为#1给泵是在启动过程中产生事故的。假如在启动过程中开关跳闸而产生过电压事故，那成因比较容易解释，因截流和重燃的作用产生高幅值的过电压，因为在开断启动状态的电动机时，除了截流过电压外，还会由于截流过电压的振荡频率很高，极易使开关发生多次的高频重燃。
但对于我厂GC-1、GC-2F柜来说，即使过电压不是很高，有时即使是正常的运行电压，由于绝缘子和环氧树脂浇注的CT、PT绝缘爬距较小，绝缘裕度偏低，因此在污秽、凝露的作用下极容易发生沿面闪络。省电试所高压室曾对GC-2型开关实际使用的10KV支持绝缘子随机抽样进行人工污闪试验，在模拟运行电压（恒定加压法）时污闪电压为7.0-7.6KV，在模拟合闸加压（突然加压法）4KV下的闪络概率大于50%，由此可见此类绝缘子外绝缘污闪的机率是相当高的。由此也可以这样来推断，#1给泵即使在合闸过程中没有发生过电压，假如污秽、凝露严重，在突然合闸加压的情况下也足以发生污闪而短路。由于GC-1型开关柜在柜内及柜间是没有分隔防护的，以致一个间隔短路起火时造成火烧连营的惨重损失。
另外附带说一下，对带电部分如母线、开关隔离插头相间或对地的空气距离不够的开关柜来说，在运行温度高、湿度大以及空气中含有杂质等情况下，也比较容易发生电晕放电，最坏情况下也能导致空气间隙击穿形成短路。
对于6KV开关柜的过电压，一般认为主要有这3种原因：
一是上述所说的开关开断性能不良，在开断电动机、变压器等感性负载，特别是开断空载电动机、空载变压器、启动状态的电动机，因截流、重燃而产生过电压。
二是在中性点不接地系统中，如产生单相间歇性的电弧接地时，则在电网非故障相和故障相将会出现很高的过电压，非故障相的最大过电压可达电压幅值的3.5倍，故障相最大过电压也可达相电压幅值的2倍，如上述的6KV十段工作电源开关B相拉弧对地放电，引致A、C相触头对地放电（从事故现场可看出三相对地的放电痕迹），且#5高压厂变的损坏也是A相低压线圈绝缘击穿，这可解释为B相间歇性电弧接地时引起健全相高幅值的过电压所致的（假如B相是稳定的电弧接地，则非故障相的电压仅升高到线电压，不致于造成A、C相对地放电，也不致于造成高压厂变A相低压侧绝缘击穿）。
三是母线压变铁磁谐振引起的过电压，这种过电压较为常见，主要后果是压变烧毁，但这种现象在我厂还没有发生过。
3.3　采取的对策
（1）在#1给泵开关事故后，6KV一段更换成金属封闭式的JYN2-10开关柜，对我厂其余的11段GC-1、GC-2F开关柜进行了全工况绝缘改造。对开关相间及相对地空气距离不够的加装了环氧树脂隔板，对绝缘爬距不够的绝缘子、环氧树脂浇注的CT都加粘了环氧树脂圈，对连通式的开关母线室加装了柜间环氧树脂隔板，对母线室与电缆室进行封闭等，大大改善了开关柜的运行条件。
（2）整治了开关室的环境，使粉尘、温度、湿度都较好地得到了控制，加强了开关及开关柜绝缘部件的清扫工作。
（3）严密封闭了开关柜电缆室底部，既防止小动物进入，也防止电缆沟的潮气侵入受潮。
（4）新改造的开关选用开断性能良好的真空开关，配置防爆型过电压吸收器。
（5）新选型的开关柜均严格按照DL404《户内交流高压开关柜订货技术条件》、DL/T539《户内交流高压开关和元部件凝露污秽试验技术条件》、GB3906《3-35KV交流金属封闭开关设备》的要求订购，其封闭完善、功能齐全、绝缘裕度大，可有效地防止过电压、污闪的事故。
4　小动物及外物造成的短路
4.1　故障案例
(1) 94年的＃6给水泵开关因修后忘记将放在B、C相隔离插头间的游标卡尺取出，又加上运行人员检查不仔细，在小车推进过程中，造成6KV六段母线短路，＃01高压备用厂变内部损坏。
(2) 96年的＃8引风机开关柜因老鼠爬入，造成上隔离插头两相短路，开关爆炸。
4.2　原因分析
上述两起事故原因是非常清楚的，一是因工作人员遗留工具于开关上，造成开关两相短路事故，二是因开关柜封闭不严，小动物爬入而造成短路事故。
4.3　采取的对策
（1）应加强检修纪律和运行纪律。开关检修后检修人员应认真检查，做到"工完料尽场地清"，绝对要防止遗留杂物于开关上或开关柜内；开关复役前，运行人员要严格执行目测检查和绝缘检测的制度。
（2）做好开关室和开关柜的封堵工作，在开关运行时开关室的门与开关柜的门要随手关闭，防止小动物进入。
5　结束语
随着我厂设备维护与管理的加强，开关室运行环境的整治改善，也随着老机组油开关的逐步改造，我厂6KV开关设备的状况与以前相比确实是大有改善的，但我们不能因此而掉以轻心，对暴露过问题的老开关仍需要加强维护，对还没有暴露出问题或正在暴露出问题的新开关仍需要加强研究。我们只有做到对设备的状况了如指掌，只有做到对缺陷的任何蛛丝蚂迹都不轻易放过，才能保证我们的设备安全运行。
[参考文献]
[1] 严永康　《浙江省火力发电厂高压厂变开关柜事故分析》　浙江省电力学会《优秀论文集》（1997－1998）

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