Top_Five_Switchgear_Failure_Causes_and_how_to_avoid

开关柜失效的最常见五个原因和解决方案

Don A Genutis

Top Five Switchgear Failure Causes and how to avoid them, Summer 2010 NETA WORLD

数年来，我们懂得了有价值的现场经验关于设备如何&为什么失效的洞见。基于我的特殊经验,我建立了下列的五种最常见的开关柜失效原因且如何避免它们。我希望这些信息在读者当中能够产生创新性想法的火花，由于他们自己的独特的现场观察，能够避免未来的开关柜失效。

一，松脱的连接

松动的和不良的连接导致在本地化的点产生了电阻的增加。阻抗的增加基于欧姆定律P=I2R会导致热的增加。热的增加将会升级，直到连接的完全的热失效产生，或附近的绝缘失效导致的一个故障。一个主要的保险公司承保人预测大约25%的所有电气故障产生是源于松动的连接。

图1：热的保险丝连接

对于这类的失效的避免是周期性地对所有开关柜使用红外检查。红外观察口应该被安装，且中压开关柜应该有口子来穿过紫外光，以致于电晕摄像头能够用来检查电晕和表面局部放电行为。图1显示了一个松脱的开关柜连接的一个热成像,如果不进行维修的话，这可能导致未来的故障。

二，绝缘故障

一个全系列文档可以用来写关于这些的问题，但是我们将只会专注于最通用的问题起因。低压绝缘是相对简单的，不会遭受像中压开关柜绝缘那样同样的电压应力。保持低压绝缘失效在检查中，大多数需要保持绝缘干燥且清洁，确保间隙足够。

中压绝缘系统由于更大的电压应力的存在,要更加复杂得多，在开关柜的内部过应力的区域最开始将会是绝缘的小部份的失效，但是将会随着时间继而升级，直到完全的故障出现。这些问题最可能出现的区域是：

a，跳线

在单元配电室设计中,未屏蔽的跳线是用来连接开关至变压器，控制电源变压器，和避雷器至母线；且连接变压器线圈和阀门至一起。任何时间下，这些线缆和地进行接触，其它相位，或甚至其它种类的用来支持它们的绝缘，它们将可能在这些点发展应力，将会导致未来的失效（如图2）。

图2: 未屏蔽的中压跳线

b，母线

大多数的开关柜设计使用简单的绝缘障碍来分离仓室，且来支持母线。这些屏障通常在母线和绝缘之间有小的气隙。局部的电压应力是足够大的，来导致空气的分解，且这局部的失效会导致最终的故障（如图3）

图3开关柜母线支持屏障

C, 线缆末端

线缆终端是很难恰当地构建。这些元件转变几乎完美固有的电压应力控制的屏蔽线至一个连接至一个母线。假如在终端构建的时候没有采取重大的关心，且没有意识到适当的电压应力释放细节的话。许多事情都会出错。另外，最靠近连接的终端部分基本上是由未屏蔽的绝缘构成，所以必须小心来确保在此区域的足够净空。在末端的所有的这些位置会产生小范围的局部绝缘故障，这会导致失效（如图4）。

图4：末端失效

小范围的局部绝缘失效被称作局部放电。幸运的是，局部放电行为产生了可检测的信号，这是未来完全绝缘失效的早期报警信号。对于避免中压开关柜失效的解决方案，是从使用手持式的局部放电检测仪开始的，它配备了一个超声波传感器来检测表面绝缘缺陷和一个瞬时接地电压传感器来检测内部的绝缘缺陷。

三，水

由于自然灾害或事故的水入侵或浸没能产生即刻的短路，长期绝缘损坏，和长期金属化元件腐蚀，和其它并发症状。中压开关柜暴露至高湿度条件将吸收水份，且电压应力会攻击用来阻止水份吸收的防水绝缘表面（见图5）。

图5：上左图用恐水的表面特质显示了良好的绝缘，由于电压应力，在右下角的图片渐进地恶化直到绝缘变得亲水。对于中压开关柜，使用上述的局部放电检测仪将会避免长期的水份相关的绝缘故障，而红外摄像仪能检测腐蚀联接的不正常的发热。

四，架上断路器

架上一个闭合的断路器至一个带电的母线能迅速地导致人员的严重受伤或死亡，且立刻的设备严重损坏（见图6）。还有，断路器并不是一直适当地排列，或在架上的时候遭受其它的困难，这些问题能够产生一个突然的严重故障。不幸的是，传统的断路器上架的法令要求员工来手动地直接在危险的方式下执行此任务。

对于此问题的解决方案就是一直确保机械和电气的互锁是工作的，且所有断路器和单元器件是适当地检查的和被服务了的。要确保人员的安全，应该强烈地考虑采用一个遥控的断路器安装设备。如图6所示。

图6: 由不恰当的架上操作导致的严重的断路器损坏

五，失效的接地保护

不像上述的项目，一个有瑕疵的接地保护装置其本身不会产生一个失效。但是，它不会从一个电弧接地故障提供保护，这是在480Y/277V坚实接地的开关柜中一个常见的失效模式。这类的故障是非常有破坏性的，但并未拉足够高的电流至跳闸断路器，或导致保险丝的开启，且能持续直到开关柜的灾难性失效的出现（见图7）

图7：来自电弧接地故障的严重损坏

此问题的解决方案是要求一个停电，且通过电流注入手动地测试接地保护系统。重要的是密切关心来确保设备被适当地安装了的。适用的话,传感器极性必须被测试了的。中性接地连接必须位于正确的位置，以致于传感器将会正确地检测故障电流。推荐的测试步骤的清单可以在NETA ATS和MTS标准中找到。

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