两起因开关柜内带电显示器故障引起主变跳闸事件的反思

王连辉

（福建泉州电业局，福建 泉州 362000）

2012年9月10日15时40，某一县公司城区出现强雷雨天气，管辖110kV乐陶变电站#2主变差动保护动作跳闸，10kV Ⅱ段母线失压。经故障检查是站内35kV高压室内35kVⅡ段母线开关柜高压传感器端部对开关柜外壳放电形成相间短路引起的。

2012年10月27日4时12分，某一县公司110kV东石变电站#3主变10kV侧复压过流动作，10kV Ⅲ段母线失压。故障原因是高压室内10kV 60M开关柜柜内A相电压传感器（向带电显示器提供电压用）局部放电烧毁爆炸引起。

1 故障情况分析

1）第一起故障，经组织调查分析，确认此变电站 35kV高压室处于地面一层建设，该变电站地处山区县城，长年湿度较大，开关柜内有轻微受潮使得其绝缘强度降低，雷电过电压造成#2主变 35kV 302开关柜内主变进线电缆三相传感器端部对开关柜壳体均有很明显的放电痕迹，三相 CT与开关手车下静触头座的连接铜排对静触头座外壳也有放电痕迹。具体情况如图1、图2所示。

图1 35kV 302开关柜内支柱绝缘子与进线电缆结构图及一次接线图

图2 开关柜内三相支柱绝缘子对绝缘隔板等放电痕迹

根据故障点实际情况，三相短路点处于#2主变差动保护范围内，差动电流 23.856A（超过定值18.82A）引起主变差动保护动作跳三侧开关。保护录波图如图3所示。

图3 故障时主变录波三侧电流波形图

经查询雷电定位系统，当时龙门滩镇与三班镇靠近乐陶变电站处有一强雷电（雷电强度28.5kA）。综合现场专业检查及天气情况分析，确认此次故障原因是强雷电入侵乐陶变35kVⅡ段母线，因开关柜内有轻微受潮使得其绝缘强度降低，雷电过电压造成#2主变302开关柜内三相高压传感器端部对开关柜外壳放电形成相间短路，短路点又位于#2主变差动保护范围内引起主变跳闸。

主要存在问题，检查开关柜带电显示器全部采用支柱绝缘子分压电容抽取方式，长期以来此带电显示器未定期试验，其中 35kV#2主变开关柜内主变进线电缆处也装有高压抽取式传感器的支柱绝缘子，处于主变差动保护范围。同时，乐陶变 35kV高压室虽装设有三台空调，但因高压室空间较大（162m2，约800m3空间），除湿效果不很理想，检查各开关柜都有不同程序轻微受潮。当然，对于雷击为什么导致变电站内过电压，还要对变电站内的防雷设施及各线路避雷器动作情况再排查，提出相应的防范措施。

2）第二起故障，经现场调查分析确认，故障原因是东石变 10kV Ⅲ-Ⅳ段母分 60M 开关柜柜内 A相电压传感器（向带电显示器提供电压用）局部放电烧毁爆炸，致使开关柜柜内充满电离气体，三相相间及对地电气绝缘程度同时下降，后续引发10kV母线三相相间及对地短路引起剧烈爆炸，东石变#3主变高后备过流动作，持续时间2s左右，后将开关柜泄压盖板冲开，同时，故障引起10kV母分60M断路器 A、B相支柱绝缘材料着火燃烧引发小的高压室火灾现象，经消防人员配合处理，最终故障得到控制。

经厂家配合对A相传感器进行解体分析，发生局部放电的主要原因为绝缘老化，其过程受电应力、热应力、机械应力及绝缘材质劣化等原因影响。该现象造成A相传感器烧毁爆炸，引起开关柜内空气电离，导致三相及对地短路，产生剧烈爆炸致使开关柜泄压盖板冲开，开关柜两侧侧板烧穿，短路持续 1.6s，断路器 A、B相支柱绝缘材料陆续起火燃烧（期间曾出现系统单相接地报警），绝缘材料烧穿后A、B相相间短路持续1.6s后另一台主变进线柜过流保护动作，切断所有外来电源，避免了事故的进一步扩大。故障开关柜内一、二次设备烧毁情况如图4所示。

图4 故障开关柜一、二次设备烧毁情况

2 事故反思

对以上两起事故发生，经调查分析虽然有因开关柜受潮严重、长期运行后支柱绝缘子绝缘耐压水平下降，受系统雷击影响过电压引起放电故障的因素，但故障的直接原因都是接触式带电显示装置故障引起的。通过对运行维护、设备反措等方面综合分析，主要暴露生产管理上的问题：

1）长期以来高压带电显示器运行维护不足，未纳入主设备同等对待，未严格结合设备停电例行试验时同步校验。

2）近年来系统内外已发生多起中低压开关柜直接接触式高压带电显示器故障引起设备故障跳闸，我省公司专门制定了《高压带电显示装置管理规定》（闽电安〔2005〕780号）和《福建省电力有限公司变电站防误典型设计方案》（闽电安监〔2007〕358号），提出原则上入网设备应使用感应式带电显示装置，但实际运行中，反措执行还不到位。

3 反事故措施

基于以上分析和暴露问题，本文就开关柜内设备受潮引发故障，以及高压带电显示装置的管理，从设计、安装及运行维护方面提出针对性防范措施。

1）整体开关柜带电显示设计必须满足 GB 25081—2010《高压带电显示装置（VPIS）》要求。开关柜一次设备接线方式要按国网公司典型设计标准的要求执行，全部选用感应式带电显示装置，还应特别注意有电闭锁程序满足要求。对于我省中低压开关柜设计选型方面，要严格按照《高压带电显示装置管理规定》（闽电安〔2005〕780号）、《福建省电力有限公司变电站防误典型设计方案》（闽电安监〔2007〕358号）和《关于修订省公司变电防误典型设计方案有关条款的通知》（闽电安监〔2009〕503号）文件要求执行，原则上严格执行国网公司十八项反事故措施要求，高压带电显示装置应采用非接触的感应式高压带电显示装置，防止因高压带电显示装置传感器故障造成开关柜本体一次设备短路故障。感应式带电显示装置净空距应不小于125mm/10kV、300mm/35kV要求。

2）安装试验方面。感应式带电显示装置显示定值校验必须满足：当对地的实际电压在标称相电压的40%至其额定线电压110%之间时，对应于显示应为“有电”；当线对地的实际电压小于标称相电压的15%时，对应显示应为“无电”；感应式带电显示装置应通过EMC试验：以三相运行、单相接地的形式重复；感应式带电显示装置，42kV/10kV、85kV/35kV耐压试验无需增加任何保护措施。高压带电显示装置的显示单元应有可靠的保护措施，如装设限压装置，在出现主回路绝缘破坏时，显示单元不会出现危险的电压。感应式高压带电显示装置传感单元的输出端与主回路之间应有足够的绝缘水平，支柱绝缘子式（瓷绝缘或复合绝缘）高压带电显示装置的绝缘水平应满足表1所示要求。

表1 支柱绝缘子式高压带电显式装置绝缘水平要求

3）运行维护方面。高压带电显示装置必须按主设备同等对待，日常缺陷及检修管理按一次主设备同标准进行。运维部门要完善各站各开关柜带电显示器设备台帐，日常运行巡视必须与主设备同步纳入巡视维护内容。严格缺陷管理标准。各开关柜带电显示装置应同步列入开关柜状态检修范围，结合设备停电开展相应停电校验工作，可以与铠装式KYN开关柜内的电流互感器或电缆试验同步进行，有关一次设备试验报告记录带电显示器相应的启辉和熄灭电压值，并录入生产管理系统记规范试验记录管理。

4）对于老旧运行的直接接触式高压带电显示器列入年度技改大修计划，全部更换为感应式带电显示装置。原则结合带电显示器故障缺陷处理，直接更换为合格的感应式带电显示装置。尤其是启辉电压不合格（该亮不亮）应在3年全部更换完毕；净空距离不足的，应结合停电进行耐压、启辉和EMC试验，对于存在家族性缺陷的设备，应结合停电。其中对于安装于高压母线直接接触电式带电显示器或主变差动范围内的带电显示器，抓紧更换为感应式带电显示器。

5）因本文也提出有关高压开关柜受潮引起设备绝缘强度降低，系统过电压引起设备故障，这里也对高压室开关柜防潮防凝露问题，提出以下防范措施：

（1）高压室尽量考虑高层安装，如处于地面一楼室装设，可将 10kV电缆沟地面铺设或加设电缆层，确保电缆沟不进水、不积水、少凝露。

（2）要采取有效措施确保电缆沟内无明显积水。如对各高压电缆进出入孔洞要做好封堵，电缆小室孔洞、二次接线盒和底部多余的孔洞的封堵工作，要用憎水性材料进行封堵，甚至可采取电缆孔洞和开关柜底部接缝处用喷涂PRTV的方式加强封堵，利用其延展性彻底封堵，还可采用砂墙垫高开关柜进行隔离。地面下的所有电缆沟通设置统一的排水通路，对各高压电缆入口统一朝向倾斜，在远离开关柜设置排水出口，位置在电缆进口的最低点，高压室电缆沟比户外电缆沟高 50mm。如整个站排查设备不畅，可以设置积水坑，在积水坑中配装深水泵自动进行排水。每年做好变电站等电缆沟定期清洗工作，确保电缆沟排查通畅、不积水。如各雨季前后开展检查，及时发现并处理电缆沟进水情况。

（3）做好高压开关柜防潮防凝露措施。对中低压开关柜内不同功能隔室应满足IP20要求，对手车小室内的静触头进行封堵板。要确保开关柜柜内驱潮装置安装合理、规范，集中式加热方式按常热与手自一体的温湿度控制配合使用，一般中低压开关柜电缆小室至少配置分布式长热加热板：10kV开关柜50W×2，35kV开关柜50W×4，并分布式安装。同时，驱潮装置功率要足够（数量、位置可根据箱体大小和形状确定），一般集中式长热可按0.15W/L，驱潮装置按 0.20W/L设计或采用分布式长热可按0.10W/L，接触温度不超过70℃，连续寿命不小于 100000h，并有防止失效（加热、脱落）措施），确保驱潮装置正常工作，保证电缆小室、断路器小室温度高于外界3～5℃。

（4）对于一些靠山区或海边变电站，常年湿度大，开关柜内凝露严重，要考虑开关柜室内装设除湿防潮装置，如工业抽湿机、空调（具备抽湿功能）、暖气等设施，根据季节性特点投入运行，能加快清除高湿度空气速度，保证高压开关柜有良好运行环境。

4 结论

本文基于两起典型开关柜内带电显示器故障引起主变跳闸的事件原因分析，对照GB 25081—2010《高压带电显示装置（VPIS）》和国家电网生〔2012〕352号《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》（修订版）要求，总结我局设备运行管理经验，从设计、安装试验、运行维护等方面提出相应防止开关柜内高压带电显示装置问题引起设备故障的反事故防范措施，同时对高压开关柜防潮防凝露措施提出一些改进措施，进一步完善防范开关柜设备故障的综合反事故措施，对于保证电网设备安全运行有很好的借鉴意义。