配电环网柜的故障分析及对策

天水长城开关厂有限公司 0引言

环网柜在配电全电缆网或架空电缆混合网中，由于其维护工作量小、安装方式灵活、尺寸小等优点得到了较广泛的应用，目前江苏省约有10100多台环网柜运行。随着城市电网建设改造工程的不断深入，环网柜在城市电网改造工程中的使用量也不断增加。在环网柜的长期运行中，发生了多种多样的故障，因此对长期积累的环网柜故障有必要进行统计分析，分析其主要故障原因，提出相应的技术和管理对策措施。 1、配电环网开关结构特点

环网柜接线方式灵活，可满足不同配电网络结构的要求。负荷开关装置和硬母线全部和部分密闭在同一个不锈钢金属外壳内，通常采用SF6作为灭弧介质和绝缘介质，开关采用三相联动的三工位负荷开关，其额定电流为630A，短时耐受电流可达20kA／3s。目前江苏省范围内使用的大部分产品为施耐德公司的RM6、SM6型、ABB公司的SafeRing或SafePlus型等国外品牌，以及国内生产的空气绝缘的环网柜和SF6环网供电单元。

环网柜按结构可分为共箱式和单元型两大类。

共箱式环网柜通常由3至6路负荷开关共箱组成接线方式灵活多样，可以满足不同配电网络节点的需求。由于负荷开关装置和硬母线密闭在同一个不锈钢金属外壳内，具有全绝缘、全密封结构，对环境的适应能

力较强，在地下室、户外环网室等运行条件较差的场所得到了较多的应用；单元型环网柜母线、电缆搭接处通常为空气绝缘，因此通常用于地面土建站所等运行条件良好的场所。

环网柜的主要优点是：体积小、结构轻、结构紧凑，占地小；安装简单，操作方便，安全可靠、免维护；大多具有电动和手动操作机构，配FIU后即可实现配电自动化，扩展性较强。

2故障分类及原因结构特点

江苏省电力公司统计了2006---2008年的环网柜故障，从统计数据来看，这段期间共发生66起环网柜故障，其中故障的主要位置有：电缆搭接处故障25次(37．88％)、支持绝缘子及母线桩头放电15次(22．73％)、气室故障10次(15．15％)等。具体故障位置分类和所占比例见如表1所示。

表1 配电环网柜故障原因统计 (1)PT、CT故障

带有配网自动化接口的环网柜往往配有P1r、CT，以提供开关的操作电源和配网自动化所需的负荷电流等数据信息。配套厂商提供的PT、CT质量差是导致此类故障的主要原因。

(2)避雷器故障

环网柜中配套的一些避雷器击穿、爆炸，造成电缆室内相间短路或者电缆头对环网柜外壳放电。

(3)操作机构故障

潮湿地区的环网柜由于长期不进行操作，机构弹簧、控制回路开关

的辅助触点等容易锈蚀，引起机构失灵。

(4)电缆搭接处故障

由于电缆头本身质量以及施工工艺不过关，以及大截面电缆在安装后逐渐释放应力，均是电缆搭接处故障的主要原因。

(5)二次回路故障

二次回路线(操作电源)由于触电接触不良或者其他原因造成二次回路线烧毁。

(6)电缆支持绝缘子处及母线桩头处放电故障

电缆室支持绝缘子或母线桩头由于处在潮湿等恶劣环境下发生沿面放电甚至击穿。

(7)气室故障

由于SF6气室泄漏，造成气室内断口刀闸相间短路故障。 (8)熔断器．负荷开关故障

目前环网柜中主要采用熔断器．负荷开关的组合来对中小容量配电变压器进行保护。熔断器在熔断时顶针不能正常触发机构跳闸造成故障扩大。

3环网柜主要故障原因分析及对策措施

3．1电缆搭接及电缆支持瓷瓶处故障分析及对策措施 (1)故障分析

目前环网柜的电缆终端头主要有两种：一种是用于单元型环网柜中，主要采用预制式、冷缩式、热缩式或绕包式电缆终端头；另一种则是用于共箱式环网柜的T型或肘型电缆终端头。电缆头的制作质量差是

电缆头故障的主要故障，而电缆搭接处的故障则主要由于搭接不良最终导致发生故障。其主要存在的问题为：

1)电缆固定方式为固定外护套，电缆各相电

缆无法实现实质性固定。即使施工时搭接完好，但在过后的运行中，电缆自身重量、电动力或外力摆动，均会使各相传递至电缆搭接的套管处，严重时甚至造成套管处受损漏气，引发故障。

2)目前配网中主要采用三芯电缆，在电缆搭接时需要核对相位，然后分别固定。而在固定之前往往需要加以外力对单相电缆加以扭转，因此在安装之后因扭转所产生的内部应力会逐渐释放，产生力矩作用在电缆搭接的套管处。

3)共箱式环网柜用在户外环网室时，往往高度较低，对电缆各相线芯的长度限制更严格，对安装的精度要求也过高。

4)三芯电缆在接线端子压接完成后，长度就已经确定。由于制做电缆终端头时误差的必然存在，因此电缆单相长度短，造成不能轻易加以弯曲以配合安装到位，施工时必然会对电缆施以各种大力动作加以调整，这些动作可能会对套管受损、接触不良等后果。

(2)对策措施 1)技术措施

针对以上问题，应该从环网柜、电缆终端头、安装工艺、设计、和土建等方面采取一些整改应对措施进行解决：

a)适当提高共箱式环网柜电缆室的高度或提

高环网柜基础进行改善共箱式环网柜电缆室空间较小，尺寸一般为

高度0．6---,0．7m，宽度0。35m，这样的空间单芯电缆安装比较方便，但对于三芯电缆，特别是大截面电缆，线芯很硬，再受到现场施工环境的限制，共箱式环网柜的T型或肘型电缆接头要安装到位和符合标准是比较困难的。提高共箱式环网柜电缆室的高度，一方面是从产品设计着手，从根本上来提高高度，另一方面可以靠提高环网柜整体基础，式电缆沟深度与电缆弯曲半径相匹配，从而使电缆单芯长度得到加长。加长线芯的作用是：①减小作用于电缆连接处的扭转力矩；②安装时可供的调整的范围增大，减小施加外力矩的需要，接线端子和应力锥容易安装到位。

b)加强电缆的固定

电缆的固定非常重要，不能使电缆连接处的套管承受任何方向的作用力，大截面电缆更应如此。电缆要在连接套管的正下方垂直进入并且牢固固定，不能让电缆下部处于斜扭状态。

c)注意安装时的工艺要求

安装时一方面要克服接线端子平面从倾斜到平行的扭转力：另一方面是一定要使用力矩扳手，特别是对于共箱式环网柜的T型或肘型电缆接头，按照产品安装旌工工艺规定的力矩值对螺栓进行紧固，避免工作人员使用普通扳手，凭感觉和经验对螺栓进行紧固。

2)管理措施

加强对运行中环网柜的温度的监测。由于环网柜是相对封闭的开关柜，在运行中不能打开，目前各类测温仪器不能直接测量电缆接头处的温度，因此在运行中使用红外成像测温仪可以注意测量环网柜电缆小室

的前面板温度，观察和周围备用电缆仓位或轻载仓位是否存在明显的温度差，以便判断电缆连接处是的方法是随着技术的进步，在电缆连接处设置温度传感器，实时检测接头处的温度变化。或者采用美式环网柜，美式环网柜由于肘型电缆接头直接暴露在外，外部没有柜门进行封闭，运行人员可以使用测温仪器直接并相对准确的测量电缆接头处温度。

3．2电缆支持绝缘子处和母线桩头处故障分析及对策措施 (1)故障分析

电缆室支持绝缘子和母线桩头处由于处在潮湿等恶劣环境下容易发生沿面放电甚至击穿，．这种情况在单元型环网柜中较为常见。

其主要存在的问题为：

1)设计时未充分考虑到环网柜今后的运行环境，例如单元型环网柜在地下室等较为潮湿、密闭的环境中时，由于电缆头和母线桩头暴露在潮湿且不通风的空气中，容易在支持绝缘子处发生沿面放电。

2)环网柜的除湿装置未能按照要求投入运行。单元型环网柜一般都附带加热器等除湿装置，但在实际运行中以下几种原因使加热器等除湿装置未能正常运行：①环网柜没有220V低压电源可供使用或不能正常保证供电：环网柜或一般开闭所内均没有主变，因此无法获得稳定可靠的220V电源；②加热器处于长时间连续运行时的故障损坏几率较高；③配电运行人员对于加热器的运行状态没有很好的监测手段。这些原因均是环网柜的除湿装置未能正常投入运行的原因。

(2)对策措施 1)技术措施

a)保证加热器等除湿装置220V电源的可靠供给。尽量从公用变压器处敷设专用电源线至环网柜，或者在环网柜设计时加入站用中，低压配电变压器柜，如施耐德SM6系列的TM柜，由此提供稳定可靠的低压电源。

b)加热器等除湿装置加装故障报警，其任一负载或传感器损坏或开路，相应报警灯应显示，并能带用于远传的报警接点输出。

c)由于户外环网柜长期运行在室外，环境相当恶劣。建议环网柜的外壳采用不锈钢材料制作。必须要有通风顺畅的通风口和卸压装置。

(2)管理措施

加强环网设备的定期维护，特别是处于潮湿等恶劣运行环境中的配电站所，发现问题，及时安排消缺。处于苏南地区，由于每年雨季时期环境更为潮湿，因此在此前应对加热器进行一次普查，主要检查其工作电源是否正常，启动是否可靠。同时，对于原处于恶劣运行条件下的配电所进行改造，改善通风，加强电缆沟及配电站所地面的防水措施，安装排湿器等，采取一切手段改善运行环境。

3．3气室故障分析及对策措施

气室故障的主要情况为密封SF6气室由于各种原因发生SF6气体泄漏，造成气室内SF6气体密度不够，导致开关在正常运行时或操作中气室内部动静触头间发生放电短路故障。气室发生泄漏的主要位置电缆桩头处，原因为电缆桩头由于受力较大，当电缆安装中存在外加应力或电缆没有牢固固定后，电缆桩头处长时间承受外力的影响，造成气室与电缆桩头处发生裂纹，进而导致SF6气体泄漏。因此气室故障还是电缆安装施工不良的另一种表现形式，解决整改措施主要还是规范电缆施工，

减少电缆对于电缆桩头处的额外应力。另外为了防止气室内SF6气体渗漏后不能正常灭弧，因此必须在环网开关面板上加装SF6气压仪和低气压闭锁功能，避免运行人员在操作时由于开关不能正常灭弧导致事故。

3．4熔断器一负荷开关故障分析及对策措施 (1)故障分析

环网柜中熔断器．负荷开关组合柜的动作原理为：当环网柜出线下级发生短路故障时，熔断器熔断后撞击器弹出，撞击通过连杆、连板等传动件来使负荷开关动作。2006--一2008年江苏省电力公司范围内发生了2次环网柜内熔断器熔断但环网柜未正确动作的故障。分析主要原因为：由于连杆、连板等传动件之间配合不精密，自由行程过大，存在传递不到位的情况，因此在熔断器保护动作后，撞击器不能使负荷开关正常分闸。这种故障严重时将造成熔断器内电弧燃弧时间过长，在熔断器内积聚大量能量，最终导致熔断器的爆炸。

(2)对策措施

对熔断器．负荷开关的配置需加强选型管理。熔断器．负荷开关内的熔断器在选择上首先要按照环网柜生产厂家的使用说明书进行选型，关键的参数是负荷开关的转移电流；其次应合理选择撞击器：①应选择撞击行程大于联动机构动作行程的熔断器；②对于传动件为塑料等非刚性材料时，不能采用火药式撞击器的熔断器，应使用弹簧式撞击器的熔断器；最后要按照使用环境对熔断器的选择进行校验：①根据熔断器生产厂家的使用说明书来确定安装环境条件对熔断器的影响；②根据IEC标准，熔断器在环境温度为一25℃～“0℃之间能正常工作，当环境温

度低于．25℃时熔断器的机械性能将受影响，当环境温度高于+40。C时，每升高1℃熔断器的额定电流应降低1％使用；③避免熔断器过载使用。

4结论

配电环网柜在配网的应用，极大的提高了配网供电的可靠性，为构架灵活高效的配网提供了良好的解决方案。但是由于各种客观原因，造成环网柜在安装和投运后的过程中出现以上故障的几率大大增加，从而对电网的可靠运行带来了隐患。因此以提高国内施工单位、运行单位对环网柜的性能、安装、运行等方面的熟悉度，改善环网柜的运行环境，通过对江苏省环网柜的整体故障分析，提出一些技术和管理上的对策等手段，从而降低环网柜的整体故障率，提高供电可靠性。