10kV環(huán)網(wǎng)柜燒毀原因解析與對(duì)策分析

徐靖雄，董宗亞，章義恒

(國(guó)網(wǎng)合肥供電公司，安徽 合肥 230022)

0 引言

隨著城市大規(guī)模建設(shè)以及道路改造，許多配網(wǎng)10kV線路由桿線入地，而環(huán)網(wǎng)柜以接線方式靈活，占地面積小，安裝方便，操作簡(jiǎn)單，免維護(hù)的特點(diǎn)被大量采用，在運(yùn)行維護(hù)中，各種問(wèn)題也逐漸暴露，因此對(duì)于長(zhǎng)期積累的故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析故障原因，提出相應(yīng)的技術(shù)和管理措施增強(qiáng)設(shè)備的運(yùn)行可靠性對(duì)于配網(wǎng)運(yùn)行管理很有必要。

1 環(huán)網(wǎng)柜運(yùn)行情況

以某省會(huì)城市為樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，目前在該市有八百臺(tái)環(huán)網(wǎng)柜在10kV配電網(wǎng)中運(yùn)行，這其中主要為SF6氣體全密封絕緣型，廠家以施耐德公司的RM6型和ABB公司的safe系列為主。環(huán)網(wǎng)柜主要建設(shè)于城區(qū)主要道路中間，充當(dāng)配電線路中間節(jié)點(diǎn)，并與其他線路實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。環(huán)網(wǎng)柜在運(yùn)行中間發(fā)生燒毀事故屢有發(fā)生，市區(qū)許多重要用戶又常常處于主要道路兩旁環(huán)網(wǎng)柜供電范圍之內(nèi)，對(duì)重要用戶供電可靠性產(chǎn)生了負(fù)面影響。

2 事故原因統(tǒng)計(jì)分析

我們對(duì)于事故原因進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分類后發(fā)現(xiàn)，大部分發(fā)生燒毀事故的直接原因主要如下:

2.1 環(huán)網(wǎng)柜間隔電纜頭連接處放電擊穿引起

柜體與電纜連接處放電引發(fā)的故障原因大致有以下幾種:

(1)環(huán)網(wǎng)柜由于個(gè)體小，各個(gè)間隔相對(duì)的空間也不大，電纜截面較大時(shí)不易彎曲，造成在安裝中，電纜各相在固定中需要外力進(jìn)行彎曲，對(duì)電纜產(chǎn)生一定的扭轉(zhuǎn)力矩，在固定后由于外力撤去，電纜內(nèi)部應(yīng)力逐漸釋放，產(chǎn)生恢復(fù)力矩并作用在套管上，造成連接點(diǎn)電纜頭套管處縫隙變大從而引發(fā)電纜頭套管放電。柜內(nèi)三芯電纜各單相無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)性固定，只是用外護(hù)套進(jìn)行整體固定，在電纜在自身重力或由于外力產(chǎn)生擺動(dòng)時(shí)，都會(huì)使各單相外力矩傳遞至套管部分，長(zhǎng)時(shí)間受力會(huì)破壞套管和柜體的密封，使SF6氣體泄露、會(huì)使套管產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致高壓短路。［1］［2］

(2)電纜端子與環(huán)網(wǎng)柜套管的銅管端面貼合不緊密，且端子全密封于絕緣套管之內(nèi)，在大電流通過(guò)時(shí)，就容易發(fā)生熱，且熱量聚集，引起高溫。［1］［2］

(3)加之環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)部潮氣進(jìn)一步惡化了放電情況，使得套管絕緣下降并發(fā)生炭化，進(jìn)而引發(fā)電纜頭相對(duì)地或者相間短路，而環(huán)網(wǎng)柜本身電纜頭套管距離柜體距離較近，大額短路電流容易對(duì)柜體放電造成柜體高溫進(jìn)而引發(fā)環(huán)網(wǎng)柜燒毀。

2.2 環(huán)網(wǎng)柜間隔內(nèi)避雷器表面擊穿引起

裝設(shè)避雷器主要是用于保護(hù)電力系統(tǒng)中各種設(shè)備免受雷電過(guò)電壓、操作過(guò)電壓。工頻暫態(tài)過(guò)電壓沖擊。在環(huán)網(wǎng)柜中避雷器裝設(shè)于各個(gè)插拔頭后，主要用于防止操作過(guò)電壓，但實(shí)際使用中事故率比較高，由于環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)潮氣使得避雷器表面絕緣下降，避雷器變成了導(dǎo)體，電流從避雷器流過(guò)，造成避雷器擊穿、爆炸，引發(fā)環(huán)網(wǎng)柜間隔燒毀。

綜上所述為產(chǎn)生環(huán)網(wǎng)柜燒毀事故的直接原因，但無(wú)論是由于柜體電纜終端頭連接處引發(fā)的放電擊穿事故，還是由于避雷器擊穿引發(fā)的放電事故，其中有一個(gè)共性便是環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)潮濕，潮濕的空氣又加快了放電擊穿的速度。

2.3 凝露產(chǎn)生的原因分析

一般空氣的成分可以看作由絕干空氣、水汽、塵埃三部分組成。絕對(duì)濕度為單位空氣在一定壓力及溫度下所含水汽的質(zhì)量。飽和濕度為單位空氣在該條件下所能包含的最大水汽質(zhì)量。溫度越高，空氣中所能包含的水汽越多，飽和濕度越大。絕對(duì)濕度與飽和濕度的比值為相對(duì)濕度。如果保持空氣的濕度而降低空氣的溫度，當(dāng)溫度低至一定值后，水蒸汽的分壓力達(dá)到對(duì)應(yīng)于當(dāng)時(shí)空氣溫度的飽和壓力，該條件下的空氣中水汽就達(dá)到飽和，我們稱它為“露點(diǎn)”，如果進(jìn)一步降低空氣溫度，水蒸氣就會(huì)從空氣中冷凝析出形成“露滴”。這種現(xiàn)象被稱為“凝露”。［3］在冬季物體表面溫度低于空氣溫度，使得與物體表面相接觸的空氣溫度下降，在物體表面空氣降到“露點(diǎn)”以后就有多余的水蒸氣析出，附著在物體表面。具體情況分析如下:

(1)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)柜外溫度差距大，特別冬季柜內(nèi)電纜、開(kāi)關(guān)等設(shè)備運(yùn)行發(fā)熱使得室內(nèi)的溫度高于室外，環(huán)網(wǎng)柜殼體大部分由金屬制成，殼體溫度比柜內(nèi)部空氣溫度低，而柜體內(nèi)外空氣不能有效流通，在柜體與內(nèi)部空氣接觸面上形成上述所說(shuō)的保持空氣的濕度不變的情況下降低空氣的溫度的情況，當(dāng)溫度低至一定值后，水蒸汽的分壓力達(dá)到對(duì)應(yīng)于當(dāng)時(shí)空氣溫度的飽和壓力，這樣柜體內(nèi)部空氣中水汽就達(dá)到飽和［3］，這便在柜體內(nèi)部空氣在與柜體接觸表面產(chǎn)生凝結(jié)現(xiàn)象，大大加快了放電擊穿速度。

(2)由于電纜溝在雨季積水，而環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)部電纜處封堵不夠緊密，使得電纜溝內(nèi)的水蒸氣順電纜直通環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)部，進(jìn)一步加重柜體濕度。

(3)當(dāng)環(huán)網(wǎng)柜處于道路綠化帶上時(shí)，環(huán)衛(wèi)部門對(duì)綠植的灑水工作也常常噴灑到環(huán)網(wǎng)柜。

3 設(shè)備運(yùn)行改進(jìn)措施

3.1 電纜終端頭及避雷器放電改進(jìn)措施

(1)三芯電纜在進(jìn)入環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)時(shí)的固定非常重要，一定要用電纜卡箍固定在高壓套管的正下方，不能使電纜套管承受任何方向的力。安裝后應(yīng)使得電纜終端頭套管不扭曲形變，不受力，柜內(nèi)電纜垂直向下不傾斜扭曲。對(duì)于三相線芯長(zhǎng)度的測(cè)量一定要準(zhǔn)確，因?yàn)橐坏┐_定就不可更改，必須要保證三相線芯長(zhǎng)度合適，邊相長(zhǎng)短盡可能一致，這樣才能使電纜各相線芯垂直對(duì)稱，不扭曲、同時(shí)分支手套盡量靠下安裝，電纜卡箍位置也要盡量靠下。

將電纜從環(huán)網(wǎng)柜基礎(chǔ)下穿入柜內(nèi)時(shí)，使電纜保持盡可能的垂直，使三相正對(duì)套管。大截面銅芯電纜的彎曲半徑比較大，這便造成在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際中，經(jīng)常有大截面電纜無(wú)法垂直進(jìn)入柜體的情況發(fā)生，這與電纜溝深度有很大關(guān)系，當(dāng)電纜彎曲半徑大于電纜溝深度時(shí)，電纜是無(wú)法在工程規(guī)范范圍內(nèi)做到垂直進(jìn)入柜體的，這時(shí)應(yīng)該適當(dāng)提高環(huán)網(wǎng)柜基礎(chǔ)高度使其電纜溝深度與電纜彎曲半徑相匹配，這樣便可減少安裝后電纜內(nèi)部應(yīng)力產(chǎn)生的力矩;而且在電纜終端頭制作完成后，其電纜長(zhǎng)度已經(jīng)不可變，適當(dāng)?shù)奶Ц呋A(chǔ)高度可以使得電纜彎曲時(shí)可調(diào)整的裕量也相對(duì)增加，可減少安裝時(shí)施加的外力，特別對(duì)于截面較大電纜連接安裝時(shí)也更為輕松，連接處也更為緊固。環(huán)網(wǎng)柜基礎(chǔ)高出地面一般為300～500mm，基礎(chǔ)下的電纜井深度要做到900mm以上，在現(xiàn)場(chǎng)條件許可時(shí)要達(dá)到1000mm，這樣可以保證電纜(特別是大截面電纜)從基礎(chǔ)下進(jìn)入環(huán)網(wǎng)柜時(shí)有足夠的彎曲半徑，能夠垂直進(jìn)入，減少應(yīng)力。在現(xiàn)場(chǎng)施工條件允許時(shí)，電纜可采用雙固定的方式(分段固定電纜外護(hù)套)，即在正常固定下端電纜井內(nèi)加設(shè)一固定梁，增加一固定位。［1］

在安裝應(yīng)力錐時(shí)，首先應(yīng)保持干燥，清潔。在應(yīng)力錐與T型接頭之間不能有任何雜質(zhì)存在，雜質(zhì)在潮濕空氣中的電解使得錐體表面易產(chǎn)生爬電現(xiàn)象，其次要保證應(yīng)力錐與電纜截面的配合，裕量合適，裕量過(guò)大或過(guò)小都會(huì)產(chǎn)生不良后果。過(guò)大時(shí)會(huì)造成安裝困難，容易撐裂;過(guò)小時(shí)會(huì)造成密封不良，嚴(yán)重時(shí)會(huì)沿面放電。對(duì)電纜T型接頭，其應(yīng)力錐與絕緣外套以及電纜本身都有相對(duì)位置的要求，隨意性小，應(yīng)嚴(yán)格按安裝要求執(zhí)行以滿足應(yīng)力控制和絕緣密封的要求。［1］最后，安裝時(shí)應(yīng)力錐體應(yīng)盡量處于電纜垂直段，保證全密封效果，特別要注意不要讓尖銳物體劃傷硅橡膠部件的內(nèi)外表面，在接觸部件上同時(shí)應(yīng)分別均勻涂抹專用的安裝潤(rùn)滑膏。

(2)對(duì)于柜體下蓋板內(nèi)部避雷器及電纜T型接頭內(nèi)部的溫濕度問(wèn)題，筆者認(rèn)為如有可能盡量在柜內(nèi)裝設(shè)溫濕度監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)時(shí)發(fā)送柜體內(nèi)溫度濕度，最好能換用帶溫度監(jiān)測(cè)的電纜T型接頭，以監(jiān)控避雷器表面空氣的溫濕度以及電纜接頭溫度，監(jiān)控設(shè)備電源可以從環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)PT處取或柜內(nèi)加裝UPS電源，并可以結(jié)合配網(wǎng)自動(dòng)化將環(huán)境監(jiān)測(cè)信號(hào)與運(yùn)行狀態(tài)一并實(shí)時(shí)傳輸。對(duì)于超溫報(bào)警設(shè)備進(jìn)行特巡，以避免燒毀事故發(fā)生。

3.2 凝露改進(jìn)措施

如上文原先分析表面除凝露的最好方法便是降低空氣濕度，或降低空氣與接觸面的溫度差。筆者認(rèn)為方法有下面幾種:

(1)在環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)加裝通風(fēng)口，最好能加裝換氣扇，使內(nèi)外空氣有效流動(dòng)，以降低空氣濕度，減少柜體表面產(chǎn)生凝露的機(jī)率。對(duì)于柜內(nèi)部加裝智能加熱除濕裝置，每當(dāng)感應(yīng)到內(nèi)外溫差在2度到3度時(shí)啟動(dòng)加溫除濕設(shè)備，使柜內(nèi)無(wú)法產(chǎn)生凝露，并加快柜內(nèi)已經(jīng)產(chǎn)生的凝露揮發(fā)，裝置電源對(duì)于柜內(nèi)帶PT的環(huán)網(wǎng)柜可從PT柜接去電源，對(duì)于無(wú)PT的環(huán)網(wǎng)柜則可從最近的公用變壓器處取電?；蛘呃铆h(huán)網(wǎng)柜多位于戶外的情況，在其上架設(shè)太陽(yáng)能電池板，利用太陽(yáng)能對(duì)除濕器提供能源，這也是一種利用新能源的思路。同時(shí)筆者認(rèn)為對(duì)于環(huán)網(wǎng)柜外殼內(nèi)表面應(yīng)加裝一層除濕材料，以吸收表面產(chǎn)生的凝露。

(2)加強(qiáng)電纜溝內(nèi)排水，對(duì)所有進(jìn)出電纜井的管溝進(jìn)行防水封堵，在今后環(huán)網(wǎng)柜基建施工過(guò)程中，采取防水隔離措施，確保電纜井、溝干燥無(wú)滲漏，確保電纜溝有一定的傾斜面并建立電纜溝獨(dú)立排水系統(tǒng)。電纜溝要高于市政排水管網(wǎng)以防止市政排水管網(wǎng)內(nèi)水向電纜溝內(nèi)流動(dòng)。這樣可降低由溝內(nèi)積水揮發(fā)使溝內(nèi)空氣濕度增加并沿著電纜溝進(jìn)入環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)部。

(3)使用防火材料(如環(huán)氧樹(shù)脂)對(duì)環(huán)網(wǎng)柜底部進(jìn)行密封，以隔離電纜溝內(nèi)潮氣或相對(duì)溫度較低的空氣進(jìn)入柜體，以免造成柜內(nèi)冷凝潮濕。在環(huán)網(wǎng)柜底部電纜溝內(nèi)填沙，因?yàn)樯匙拥目扇芪龆然緸榱悖幌衲嗤聊菢?，所以，在冬季，起到了非常明顯的防凍效果，在夏季，防高溫的傳遞和雨水的長(zhǎng)期積存。另外，還有一個(gè)不為人知的地方，在我國(guó)東部地區(qū)，很少有能在沙粒中生存的有破壞性的生物，比如蚯蚓，它在泥土里生存是可以改變泥土的新陳代謝，優(yōu)化土壤，但是如果在電纜旁邊改善，無(wú)異于是慢性浸蝕。但是，蚯蚓卻很難在沙粒中生存，它不喜歡那些環(huán)境。長(zhǎng)期實(shí)踐顯示電纜溝內(nèi)填沙深度以2/3為宜，太多會(huì)使得后續(xù)電纜施放時(shí)難以將電纜穿入柜體，或使得在電纜運(yùn)行之后電纜識(shí)別困難;太少起不了防凍，防高溫和防雨水的長(zhǎng)期積存效果。

(4)在日常維護(hù)工作中加強(qiáng)環(huán)網(wǎng)柜的巡視檢查工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、匯報(bào)和消除設(shè)備運(yùn)行中存在的因凝露或潮氣導(dǎo)致的放電問(wèn)題。在規(guī)劃前與市政部門溝通對(duì)于新建電力設(shè)施旁不應(yīng)建立綠化帶，對(duì)于已處于綠化帶上的電力設(shè)備，與相關(guān)部門溝通盡量減少灑水作業(yè)。

4 結(jié)束語(yǔ)

環(huán)網(wǎng)柜在10kV配電網(wǎng)的應(yīng)用，提高了配電網(wǎng)供電的可靠性，為構(gòu)架靈活高效的配電網(wǎng)提供了良好的解決方案。但是配電網(wǎng)的多樣性與復(fù)雜性也決定了環(huán)網(wǎng)柜所處于的運(yùn)行環(huán)境的惡劣性，造成環(huán)網(wǎng)柜在安裝和投運(yùn)后都會(huì)出現(xiàn)以上故障，從而對(duì)電網(wǎng)的可靠運(yùn)行帶來(lái)了隱患。通過(guò)加強(qiáng)技術(shù)和管理措施，改善環(huán)網(wǎng)柜的運(yùn)行環(huán)境，是可以降低環(huán)網(wǎng)柜的整體故障率，提高供電可靠性的。

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