高压开关柜故障分析报告及处理.docx
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高压开关柜故障分析报告及处理
高压开关柜故障分析与处理
摘要
高压开关柜是指用于电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等作用，高压开关柜按作电压等级在3.6kV~550kV的电器产品。
目前运用广泛，主要适用于发电厂、变电站、石油化工、冶金轧钢、轻工纺织、厂矿企业和住宅小区、高层建筑等各种不同场。
因此对高压开关柜进展正确的日常维护和故障分析与处理是相当重要的事情，保证人员与设备的安全，减少不必要的财产损失，防止引发蝴蝶效应。
关键词：
高压开关柜，电力系统，日常维护，故障分析与处理，安全
第一章绪论
称套配电装置又叫成套配电柜，也是以开关为主的成套电器，故也俗称开关柜。
它用于配电系统，作为承受与分配电能之用。
据电压上下，它可分为高压开关柜和低压开关柜两大类：
按装置地点的不同，又分户外式与户内式〔10kv与以下的多采用户内式〕；按开关电器是否可以移动，又可分为固定式和手车式。
可见，高压开关柜是成套配电设备的一种，是有由制造厂成套供给的高压配电装置。
在这种封闭或半封闭的柜中可装设各种高压电器、测量仪表、保护电器和控制开关等等。
通常一个柜就构成一个单元回路〔必要时也可用两个柜〕，所以一个柜也就成为一个间隔。
使用时可按设计的主回路方案，选用适合各种电路间隔的开关柜，然后使可组成整个高压配电装置。
也具有占地少、安装使用与维护检修方便，适于大量生产等特点，故应用很广泛。
高压开关柜种类较多，分类方法亦有多种：
按断路器的安装方式可分为固定式和手车式两大类；按柜体结构型式可分为开启式与封闭式两种；还可分为一般环境和特殊环境用〔后者包括矿用、化工用、高海拔地区用等〕。
按电力行业标准DL/T404-1997的定义，高压开关柜〔high-voltageswitchgearpanel〕是指由高压断路器、负荷开关、接触器、高压熔断器、隔离开关、接地开关、互感器与站用电变压器，以与控制、测量、保护、调节装置，内部连接件、辅件、外壳和支持件等组成的成套配电装置。
这种装置的内部空间以空气或复合绝缘材料作为介质，用作承受和分配电网的三相电能。
由于国内外市场需求的日益多样化和国外代以先进技术的不断引进，20世纪80年来。
国内电器制造行业推出了几十种型号的高压开关柜产品，打破了高压开关柜过去几十年一直以少油断路器为主开关的GG-1和有限的几种手车式开关柜的落后局面。
新推出的高压开关柜所配的主开关元件有真空断路器、SF６断路器、负荷开关、接触器和熔断器。
高压开关柜按柜内主元件的安装方式分为固定式和移开式，简称固定柜和手车柜。
移开式高压开关柜又根据手车的位置分落地式和中置式两种。
按安全等级分为铠装式、间隔式和箱式。
按柜内主绝缘介质分为空气绝缘柜和气体绝缘柜〔充气柜〕。
按柜内主元件的种类分为以下几类：
〔1〕通用型高压开关柜：
以空气为主绝缘介质,主开关元件为断路器的成套金属封闭开关设备,既断路器柜。
〔2〕F—C回路开关柜：
主开关元件采用高压限流熔断器〔fuse〕—高压接触器（contactor）组合电器。
〔3〕环网柜：
主开关元件采用负荷开关或负荷开关—熔断器组合电器，它们常用于环网供电系统，故通常称为环网柜。
高压开关柜的主要技术参数有以下几项：
〔1〕额定电压：
〔2〕额定绝缘水平：
用1min工频耐受电压〔有效值〕和雷电冲击耐受电压〔峰值〕表示；
〔3〕额定频率；
〔4〕额定电流：
指柜内母线的最大工作电流；
〔5〕额定短路是耐受电流：
指柜内母线与主回路的热稳定度，应同时指出“额定短路持续时间〞，通常为4s；
〔6〕额定峰值耐受电流：
指柜内母线与回路是动稳定度；纺护等级。
〔7〕纺护等级。
表1.1高压开关柜的主要技术参数
序号
项目
单位
技术参数
1
额定电压
KV
3，6，10
2
1min工频耐受电压
KV
对地，相间：
42；断口：
48
3
额定雷击耐受电压
KV
对地，相间：
75；断口：
85
4
额定频率
Hz
50
5
额定电流
A
630，1250，1600，2000，2500，3150
6
额定短路开断电流〔有效值〕
KA
20，25，31.5，40，50
7
额定短路关合电流〔峰值〕
KA
50，63，80，100，125
8
额定动稳定电流〔峰值〕
KA
50，63，80，100，125
9
额定热稳定电流4S〔有效值〕
KA
20，25，31.5，40，50
10
防护等级
外壳IP4X，断路器室门打开为IP2X
1.4高压开关柜的技术开展
从20世纪60年代末期起，我国高压开关行业开始自行设计高压开关柜。
自80年代以来，随着引进消化国外产品，技术水平迅速提高，品种也迅速增加到几十种，有间隔式，铠装式、箱式等开关柜：
有可移动式，也有固定式柜：
在移开式产品中，不仅有落地式，也开发了中置式和双层柜。
同时还开发出在特殊场所，如铁路、矿山使用的开关柜。
目前我国高压开关柜的技术水平可归纳为：
〔1〕．产品容量增大。
最大容量为：
12kV柜：
额定电流4000A，额定短路开断电流63kV。
40.5kV柜：
额定电流2500A，额定短路开断电流31.5kV。
〔2〕.产品品种齐全，能满足严酷条件、高寒、地震地区和矿山、铁道部门使用。
〔3〕.可靠性提高，符合标准的金属封闭式开关柜逐步替代了老产品。
〔4〕.应用新工艺装备的技术
1〕数控钣金加工技术。
已有数百家企业拥有数控加工设备“三大条件〞，在此根底上的柔性加工系统，提高了壳体尺寸精度和生产效率。
2〕较先进的涂装工艺设备。
喷漆生产和喷粉工艺线使产品防护能力和外观都有较大的提高。
3〕专用的母线加工设备。
本论文的主要工作
本文首先介绍的是选题背景，介绍了所研究高压开关的工作原理、电气特性、主要技术参数与高压开关柜的技术开展；结合工作实际分析其常见故障；再通过实际故障分析结果给出相应的解决方案。
第二章常见故障分析
2.1运行状况概述
根据国际大电网会议对22个国家1978—1991年投运的千伏电压等级与以上的压气式SF6断路器进展的可靠性调查数据显示，在70708台高压断路器3769次操作事故中，操动机构故障占全部故障的64.8%。
其中操动机构的机械故障为43.8%，二次局部占全部故障的21%。
在我国，操动机构故障占全部故障的66.4%，其中操动机构的机械故障占全部故障的55%，二次局部占全部故障的11.4%。
中国电力科学院对1989年—1997年22OkV与以上的断路器运行情况进展调查，故障统计情况为:
拒动（拒合6.48%、拒分22.67%）、误动7.02%（偷跳（一相偷跳））、开断与关合9.07%、绝缘35.47%、载流7.95%、外力与其他11.43%。
由此可见，动作失灵的故障所占的比例很高。
2.2高压断路器常见故障与分析
操动失灵表现为断路器手动或误动，由于高压断路器最根本、最重要的功能是正确动作并迅速切除电网故障，假如断路器发生拖动或误动，将对电网构成严重威胁，主要是扩大事故影响X围可能使本来只有一个回路故障扩大为系统事故或大面积停电事故。
导致失灵的主要原因有：
操动机构缺陷；断路器本体机械缺陷；操作电源缺陷等问题。
操动机构缺陷包括电磁机构、弹簧机构和液压机构，现场统计明确，操动机构缺陷是操动失灵的主要原因，大约70%左右。
对电磁与弹簧机构，其机构故障的主要原因是卡涩不灵活。
此处卡涩既可能是因为原装配调整不灵活，也可能是因为维护不良导致；造成机构机构故障的另一个原因是锁扣调整不当，运行中断路器自跳多半是此类原因。
各连接部位松动、变位，多半是由于螺钉末拧紧、销钉末上好或原防松结构有缺陷。
值得注意的是松动、变位故障远多于零部件损坏，由此可见，防止松动的意义并不亚于防止零部件损坏。
对液压机构其机械故障主要是密封不良造成的因此保证高油压部位密封可靠是特别重要的。
对机构的电气缺陷所造成的事故主要是由辅助开关、微动开关缺陷造成的，辅助开关的故障多数为不切换，由此往往造成操作线圈烧坏。
除此故障还有是由于切换后接触不良造成拒动。
微动开关主要是指液压机构等上的联销、保护开关。
有SW6型断路器的事故统计资料明确，其微动开关故障约占其机构电气故障的50%左右。
除辅助开关、微动开关缺陷外，机构电气缺陷中比例最大的为二次回路故障。
断路器本体的电器缺陷造成断路器本体操动失灵的缺陷皆为机械缺陷，其中包括瓷瓶损坏、连接部位松动，零部件和异物卡涩等。
为防止运行中灭弧室的油漏进三角箱，一般都把导电杆动密封调得很紧，当夏季气温上升时，动密封往往会把导电杆抱住，当断路器接到分闸命令时，导电杆运动要克制此抱紧力，往往晚几十至几百毫米才能完成分闸动作。
对这种“晚动〞现象，在事故后仅检查断路器不易查出，只有看故障录波图才能发现。
为了防止此类事故发生在SW7-220型少油断路器检修工艺中已对导电杆的拨出力的允许X围作了规定，只要认真执行检修工艺，运行中便不会发生“晚动〞事故。
断路器的操作电源缺陷也是造成操动失灵的原因之一。
在操作电源缺陷中，操作电压不足是最常见的缺陷，其原因多半是由于电站采用交流电源经硅整流后作操作电源，在系统发生故障时电源电压大幅度降低，或虽有蓄电池组，但操作电源至断路器连接线压降太大，使实际操作电压低于规定的下限，例如某变电站所因一条配电线路发生故障，断路器在重合闸时爆炸；另一个变电所44kV线路相位接错，合闸并网时断路器爆炸。
这些都是由于硅整流电源由本变电所供给当线路故障时，母线电压降低所致。
建议采用蓄电池和储能式操动机构，对已有变电所操作电源改造和完善并加强管理。
第三章故障处理
3.1检测与诊断
造成断路器合闸失灵的原因是多方面的。
诸如合闸时操作方法不当，合闸母线电压质量达不到要求，控制回路断线以与机械故障等等，但归纳起来不外乎有两方面的原因：
一是电气二次回路故障，一是开关和操作机构的机构械故障。
当断路器出现拒合现象时，作为运行值班人员应能首先区分是电气二次回路故障还是操作机构的机械故障。
区分二者的主要依据是看红、绿灯的指示，闪光变化情况以与合闸接触器和合闸铁芯的动作情况。
（1）当控制开关扭到“合闸〞位置，红绿灯指示不发生变化，绿灯仍闪光而红灯不亮，合闸电流表无摆动，喇叭响，此种现象已说明操作机构没有动作，问题主要在电气二次回路上。
合闸保险熔断或接触不良。
合闸母线电压太低，依据《高压断路器运行规程》要求，对于电磁机构操作的合闸电源，其合闸线圈通流时，端子电压不应低于额定电压的80%，最高不得高于额定电压的110%，如果合闸母线电压太高或太低，均会造成断路器拒合。
合闸操作回路元件接触不良。
例如，控制开关的接点，断路器的辅助开关触点，防跳继电器的触头接触不良，都会使合闸操作回路不通，从而使直流合闸接触器线圈不能带电吸合，启动合闸操作回路发生拒合现象。
如果操作回路中接线端子松动，或者合闸接触器线圈断线等等同样会造成二次回路不通而发生拒合现象。
（2）当控制开关扭到“合闸〞位置，绿灯灭，红灯不亮，控制开关返回到“合闸后〞的位置时，红、绿灯皆不亮，同时报出事故音响信号，此时说明开关根本没合上，可能是在操作时，操作保险熔断或接触不良。
如果没有报出事故音响信号，合闸电流表指示有摆动，线路上也有负荷电流，并且机械分合指针指亦在“合〞位，如此说明开关已在“合闸〞位置，此时应检查一下灯泡，灯座，操作保险以与断路器的常开辅助接点是否接触不良，如果出现上述情况，运行操作人员应将断路器断开消除故障后，再行合闸。
（3）当控制开关扭到“合闸〞位置，绿灯灭后复亮或者闪光，合闸电流表有摆动，此种原因可能有两个方面：
一是合闸电源电压太低，导致操作机构未能把开关提升杆提起，传动机构动作未完成；二是操作机构调整不当，如合闸铁芯超程或缓冲间隙不够，合闸铁芯顶杆调整不当等等。
遇到此种情况，应请专业检修人员前往修理。
（4）当控制开关扭到“合闸〞位置时，绿灯灭，红灯亮以后又灭，绿灯闪光，合闸电流表有摆动，此情况说明开关曾合上过，因机构的机械故障，维持机构未能使断路器保持在合闸位置，诸如：
合闸支架坡度较大或没有复位；脱扣机构扣入尺寸不够；四连板机构未过死点；合闸电源电压过高等等。
（5）如果电磁操作机构在合闸时开关出现“跳跃〞此现象多属开关常闭辅助接点打开过早；或是传动试验时，合闸次数过多，致合闸线圈过热等原因而造成。
3.2故障解决方法
3.2.1处理步骤
〔1〕先判定是否属于故障线路，保护后加速动作作跳闸。
对于没有保护后加速动作信号的线路断路器，操作时，如合于故障线路〔特别是线路上有工作，工作完毕送电〕时，断路器跳闸时无任何保护动作信号，假如认为是合闸失灵，再次操作合闸，会引起严重事故。
只要在操作时，能按规程要求的要领进展操作，同时注意的表针的指示情况，就能正确判断区分。
区分的依据有：
合闸操作时，有无短路电流引起的表计指示冲击摆动；有无照明灯突然变暗、电压表指示突然下降。
假如有上述现象，应立即停止操作，汇报调度，查明情况。
〔2〕判明是否属于操作不当。
应当检查有无漏装合闸熔断器，控制开关是否复位过快或未恢复到位，有无漏投同期并列位置〔装有并列装置者〕，检查是否按自投装置的有关要求操作〔装有自投装置者〕等，如果是操作不当，可立即纠正，再继续操作。
合闸操作时，如果并列装置的投入位置不对，也会合不上闸。
例如联络线路上不带电，如并列装置投在“同期〞位置上，而没有改投到“手动〞位置，因为线路上没有电压，合闸回路不能接通〔同期继电器触点不闭合〕，就合不上断路器。
〔3〕检查操作合闸电源电压是否过高或者过低，检查操作、合闸熔断器是否熔断或接触不良。
对于弹簧操动机构，应检查弹簧储能情况。
如果上述问题，应调整处理正常后即可合闸送电。
直流电压过低或过高，合闸都不可靠。
电压过低，使合闸接触器与合闸线圈因电磁力过小，而使合闸不可靠。
电压过高，对于电磁操动机构和弹簧操动机构，它们的机械动作可能因冲击反作用力过大，使机构不能保持住而合不上。
检查合闸熔断器是否良好时，最好用万用表，在熔断器两端分别测量正、负极之间的电压，以便于在检查时，能发现合闸电源总保险是否熔断。
〔4〕如果以上情况都正常，应当根据合闸操动时，红、绿灯指示的变化情况，合闸电流表指示有无摆动，合闸接触器和合闸铁芯动作与否，判明故障X围。
判断故障X围，主要是区分电气二次回路故障，还是操动机构机械故障。
缩小查找X围，直至查明并排除故障。
〔5〕如果在短时间内能够查明并自行排除故障，应当采取相应的措施，排除故障后合闸送电。
〔6〕如果在短时间内不能查明故障，或者故障不能自行处理，可以先将负荷倒至备用电源带，或将负荷倒至旁路母线带以后，再检查处理故障。
如无上述条件，又需要紧急送电时，在能保证断路器跳闸可靠的前提下，允许用手动接触器〔电磁机构〕进展合闸操作或用手打合闸铁芯〔弹簧机构〕进展合闸操作，恢复送电以后处理故障。
对于一般情况或断路器的问题较大时，经处理完毕才能合闸送电。
如果检查出的故障不能自行处理，或未能查明原因，应汇报调度和上级，通知检修人员检查处理。
应当注意，检查处理断路器操动机构问题，应拉开其两侧隔离开关。
3.2.2确定故障处理
根据以上分析，可以再次操作，看合闸接触器、合闸铁芯是否动作，查明故障〔就地控制的断路器，可以直接用此方法〕。
〔1〕合闸接触器〔电磁机构〕、合闸〔弹簧机构〕不动作，属二次回路不通。
可以使用仪表测量的方法，查出回路中的断线点。
〔2〕合闸接触器已动作〔电磁机构〕、但合闸〔弹簧机构〕未动作。
原因有：
合闸熔断器熔断或接触不良，无合闸电源，合闸接触器触点接触不良或被灭弧罩卡住。
〔3〕合闸铁芯已动作，假如机构动作但仍合不上，一般为机械问题。
假如机构不动作，问题可能是合闸铁芯顶杆尺寸短、行程不够。
结语
电气事故的发生往往是从电气设备某一元件的故障开始，对事故发生的现象作出与时、准确的判断，采取有效科学合理的处理方法防止引发一系列的故障，通过此次论文对高压开关的结构、工作原理、电气特性、工作参数等更进一步了解，能让学到的理论知识应用到实际中去分析其常见故障，提高事故处理速度、提高工作效率。
参考文献
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[2[M].国电力，2000
[3]黄绍平.秦祖泽.李永坚
[4]焦留成主编供配电设计手册中国计划2000
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[6]X绍俊.高压电器.：
机械工业，1982
[7]智能式真空断路器〔产品介绍〕.富士时报，Vol.66（3）,1993:
171
致谢
感谢领导三年来对我的栽培，使我少走了很多弯路，在工作方面，领导对我非常支持，教会我很多工作技能；在生活方面，领导一直非常关心我；工作中领导要求严格。
感谢领导长期以来的关心照顾和包容，我只能尽自己最大努力把工作做好，来报答领导。
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