配电设备中的不安全因素分析

配电设备中的不安全因素分析

现今社会的发展与电力系统的发展密不可分，作为电力系统面对用户供电的10kV电缆配网系统，不论是在安装、运行、维护还是检修，都将直接面对用户的供电可靠性。

根据嘉兴市秀州供电分局的统计该局现在正在运行的一级、二级开闭所、环网站已经达到了165座之多，其中大部分的10kV配电开关柜是以六氟化硫作为绝缘介质的环网柜。很小一部分是使用真空断路器的XGN、HXGN型10kV开关柜，并在逐步淘汰，改造成六氟化硫环网柜。这样可以大幅度减少开关柜的占地面积，使得同样的地方可以安装更多的配电设备对用户供电。

1、配电设备的分类及特点

配电设备是按照的系统主接线要求由隔离闸刀、断路器、保护装置、测量电器、母线以及必要的辅助设备组成，主要用来接受和分配电能，发生事故时能迅速切断故障部分，减少事故影响范围，保证非故障线路的正常供电。

1．1、配电设备的分类

配电设备根据电压等级可分为高压配电设备和低压配电设备，本文主要阐述的是10kV的高压配电设备。配电设备根据安装地点可以分为户内和户外两种，根据厂家、品牌、型号分为ABB、西门子、欧玛嘉宝的F&G、施耐德的RM6、阿尔斯通、XGN等等。其中除去部分老式的XGN、HXGN的开关柜，其余的基本上为六氟化硫环网柜。

1．2、配电设备的特点

各种柜型安装、操作、检修等方法不同，也各有特点；

（1）、老式的XGN、HXGN的开关柜内空间大，有足够的安全距离，便于安装和检修，柜面上有足够空间安装和改造。但是柜内空间大，造成柜体占地面积也大，运输不便。这类开关柜运行时间年份比较长，长期缺少保养维护，机械性能下降严重，操作相对吃力，但是五防闭锁完善，一般不会出现误操作。

（2）、ABB、西门子、欧玛嘉宝的F&G、施耐德的RM6、阿尔斯通M24等六氟化硫环网柜柜内面积狭小，不能完全保证相间安全距离，所以在断路器室使用六氟化硫气体作为绝缘、灭弧介质，在电缆仓内通过电缆的绝缘附件来进行相间绝缘，对于安装和检修带来很多不便。但是这些柜型占地面积小，操作简便。

2、10kV配电设备的不安全因素及其分析

根据实地调查虽然有诸多柜型，但是却有很多相同的不安全因素。其中最为

突出的是机械、电气五防闭锁不全；其次是部分六氟化硫环网柜缺少六氟化硫气体压力指示表计；再者部分六氟化硫气体压力闭锁失效；还有高配用户出线柜保护装置未安装；最后是部分柜型设备老化严重机械、绝缘性能大幅下降。

2．1、机械、电气五防闭锁

五防闭锁主要是指：

（1）防止误分、合断路器；

（2）防止带负荷分、合隔离开关；

（3）防止带电挂（合）接地线（接地闸刀）；

（4）防止带接地线（接地开关）合断路器（隔离开关）；

（5）防止误入带电间隔。

常规防误闭锁方式主要有4种：机械闭锁，程序锁，电气联锁和电磁锁。

根据能源部1991年1月4日实行的“能源安保（1990）1110号”文件《防止电气误操作装置管理规定（试行）》中第二十条第八款是这样规定的：“五防中除防止误分误合断路器可采用提示性闭锁装置外，其余四防应采用强制闭锁”。

之前我们所说的10kV配电设备的特点中提到老式的XGN、HXGN的开关柜五防闭锁完善，一般不会出现误操作。相应的六氟化硫环网柜的五防闭锁却是存在着最大的不安全因素，它将五防闭锁中防止带电挂（合）接地线（接地闸刀）这一条完全取消了。保证不带电合接地闸刀在操作中主要是靠人为监护，一旦有所疏忽将造成带电合接地闸刀的恶性事故。

［事故案例］2009年2月11日某高压供电公司500kV某变电所在操作时造成隔离开关带接地刀合主刀的误操作事故。在该起事故中主要原因是没有安装完善的防误操作闭锁装置，电气闭锁回路没有将三相接地刀闸辅助开关串入；操作人员没有按规定在拉开接地刀闸后对接地刀闸进行逐相检查；主刀机械闭锁由于半圆板开焊而失效。

2．2、缺少气体压力指示表

气体压力表是指六氟化硫环网柜对断路器室内的六氟化硫气体压力密度的监测表计。六氟化硫在常温常压下为无色无臭无毒的气体，电绝缘性能和消弧性能好，绝缘性能为空气的2～3倍，而且气体压力越大，绝缘性能越增高，一般断路器室内的气体绝缘性能可以达到空气的100倍。

现在运行使用的六氟化硫环网柜中施耐德的RM6、老款阿尔斯通M24等都

没有安装六氟化硫气体压力指示表计，一旦气体泄漏会造成很严重的后果。

（1）断路器室内无六氟化硫气体时是严禁分、合闸操作的，没有表计无法判断；

（2）没有表计，六氟化硫气体泄漏，无法发现，虽然六氟化硫气体在常温常压下是无毒的，但是当其中混杂低氟化硫、氟化氢，特别是十氟化硫等杂质时便变成有毒物质。操作、检修人员在不注意的情况下可能会误吸，当吸入高浓度六氟化硫时可出现呼吸困难、喘息、皮肤和粘膜变蓝、全身痉挛等窒息症状。如果吸入的是有毒物质，这后果更加严重。

2．3、压力闭锁未应用

六氟化硫气体压力低不能安全灭弧，造成燃弧事故，会使箱体爆开，如果附近有人作业爆炸会使人受伤，箱体内的残余气体会使人中毒。所以六氟化硫断路器上都要使用气体压力闭锁，六氟化硫气体压力闭锁是与气体压力表计配合使用的，主要是电气闭锁。

由于一般开闭所、环网站很少有完好的直流操作系统，所以气体压力闭锁基本属于失效状态。

2．4、缺少保护装置

六氟化硫环网柜一般使用微机型保护装置，与传统的保护相比，微机型保护装置体积小、维护调试方便、可靠性高、可以实现人机对话根据现场需要灵活进行参数设置、易于保护信息管理和交换。

微机保护装置使用的功能主要有：保护功能、装置系统监控、通信、自检、事故记录、调试功能以及人机对话等几种。但是根据六氟化硫环网柜的特性，由于是简易的微机保护装置并没有显示屏，一般只使用微机保护装置中的部分保护功能，事故记录也只是提醒出现什么故障，并没有时间、动作参数等具体数据。

而现在正在运行使用的开关柜根据使用对象可以分为系统环网、变压器（箱变）出线、高配用户出线等几种。其中除了正在淘汰的老式的XGN、HXGN的开关柜装有反时限保护装置，以及六氟化硫环网柜中变压器（箱变）出线使用了熔丝保护装置，其余的系统环网与出线柜大部分没有安装保护装置。

一旦线路有故障由于开关柜没有安装保护装置，会出现跳上一级开关的现象，其结果是变电所10kV出线柜保护装置线路保护功能启动切除整条故障线路，扩大了停电范围和停电时间。

［事故案例］2010年9月下旬，暴雨时间，某地下高压配电房因抽水系统故障引起地下室水位上涨，使高配房内两条进线的闸刀柜内进水，造成三相相间短路接地，但是开闭所出线开关没有保护装置，最后导致变电所内该两条10kV

线路保护动作断路器跳闸，停电范围扩大到两条10kV线路，为了寻找故障点，使得多个小区、酒店等长时间停电。

2．5、设备老化性能下降

现在的设备很多是运行时间比较长了，特别是以前城郊供电分局已留下来的开关柜，很多老的柜型已经进行更换了。例如：天城西开闭所内原先使用的是XGN柜型的开关柜，年代久远，很多柜的操作机构已经出现了生锈的现象，如果是进行维修的话，修复工程量大，备品备件缺少，而且价格并不便宜，最后换成了一种新式的六氟化硫环网开关柜。

还有一类柜是六氟化硫的环网柜，由于运行环境很差，比如开关室内潮湿；户外式的环网站箱体破裂等。例如：洪兴公寓开闭所内相当潮湿，柜内出现了轻微的放电声，明显是柜内有绝缘材料绝缘性能下降或表面有水雾等。虽然现在还不影响运行，但是时间长了以后又可能会出现电弧闪络等现象导致线路跳闸事故的发生。又如：商贸环网站建立在非常繁华的商业区，但是外箱体破裂，不仅难看影响市容，还使得内部的开关柜柜体出现了生锈现象，并且该开关柜还没有安装六氟化硫气体压力指示表，一旦有所泄漏，不管操作与否后果都相当严重。

3、不安全因素问题的解决方案

根据现在出现的各种不安全因素进行探索解决方案。主要有以下几种方案：

3．1、五防闭锁问题

不知为什么六氟化硫环网柜的生产厂家没有安装地刀闭锁。而我们的解决方案是要求生产厂家加装线路带电状态不可合接地刀闸的操作的闭锁装置。

在原有的接地刀闸操作孔处，加装防误操作挡板，由一个电磁线圈控制，而电磁线圈的电源则由感应式瓷瓶所产生的感应电提供。线路电缆带电感应式瓷瓶产生感应电，只要三相中有任意一相带电那么电磁线圈励磁使得接地刀闸防误挡板动作闭锁接地刀闸，以防止出现带电合接地刀闸的恶性误操作事故的发生。

图一、改造后的闭锁装置示意图

3．2、气体压力表与压力闭锁

对于六氟化硫环网柜上缺少六氟化硫气体压力表的问题，要求生产厂家加装或更换带节点的新型气体压力表。

但是关于压力闭锁的问题要解决就相当麻烦，不仅仅要有带节点的气体压力表，还要使得所有六氟化硫开关柜具备使用电动操作能力。现在运行的开闭所、环网站中有很大一部分没有操作电源或是有操作电源却无法使用，一般站内使用的操作电源是由10kV母线压变柜内安装的直流系统或是外接直流系统供电的，但是直流系统缺少必要的维护，很多站、所内的直流系统已经因为损坏而退出运行了，导致气体压力闭锁装置失效。建议修复直流系统或更换新型直流系统，来确保开关柜的电动操作，为将来配网自动化的施行做好准备。

3．3、保护装置问题

现在的六氟化硫环网开关柜中很多系统环网开关柜以及高压用户出线柜没有使用保护装置，只有少数几条线路有继电保护装置。例如：10kV盛大花园开闭所易初莲花Ⅰ线、易初莲花Ⅱ线两条通往二级开闭所的出线开关柜安装了继电保护。像这类环网的开关柜所使用的继电保护功能并不用很多，主要使用线路相间短路的三段式电流保护。

在以后一旦使用配网自动化，这一类没有保护装置的开关柜将会成为一个软肋。我们应该有与生产厂家协商，有计划的在这些柜上加装保护装置；或者直接更换掉这些开关柜，将换下来没有保护装置的开关柜返厂进行改造。

3．4、设备老化问题

设备老化性能下降不光光是指电气设备，还有开闭所的载体，房子或者是户外站的箱体。该分局辖区内的开闭所户外站很多都已经年代久远了，有些开闭所内开关柜都已经更换过了，但是房子却没有大修过，只是做一些修修补补的工作。使得这些开闭所内出现渗水，墙灰大面积脱落等现象，严重影响到所内电气设备的安全运行。而所内的电气设备由于长时间在类似的环境内运行，会使设备腐蚀、绝缘加速老化，从而减少设备的使用寿命，容易出现设备事故。

关于运行中的设备老化性能下降的问题，分局已经发现并开始着手解决。例如：对于设备老化腐蚀严重，立即更换新设备或配件；而由房子等环境因素引起的一些开闭所，首先对房子进行大修，修葺后按照国网公司标准在不影响设备安全运行的情况下进行改造。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。