10kV开关柜内部电弧故障的危害与保护策略

10kV开关柜内部电弧故障的危害与保护策略

高寒

广安电气检测中心（广东）有限公司 广东东莞 523000

摘要：10kV开关柜，其对于电力系统整体而言有着重要用途，开关内如果有电弧故障产生，则对电力系统总体所产生破坏相对较大，最为直接的危害便是会损毁柜内元件，影响着开关柜总体运行的稳定性，还会导致电力系统有运行故障产生，甚至威胁着人员生命，可以说，10kV开关柜内的电弧故障所致的危害性极大，需要积极落实各项保护工作，尽可能地实现对此类故障的有效保护及控制。鉴于此，本文主要探讨10kV开关柜内的电弧故障主要危害及其保护策略，旨在为业内相关人士提供参考。

关键词：电弧故障；开关柜；10kV；危害；保护策略

前言：

10kV开关柜实际使用运行过程，如果有电弧故障产生，则势必会威胁着电力系统总体的运行安全及稳定，只有全面把握此类故障危害，积极落实各项保护工作，才能够尽可能地防止此类故障的产生。因而，对10kV开关柜内的电弧故障主要危害及其保护策略开展综合分析，有着一定的现实意义和价值。

1、10kV开关柜内的电弧故障主要危害

10kV开关柜内产生短路故障情况下，电弧温度超过2*104℃，该燃烧电弧促使周边空气被加热，空气膨胀现象产生后，10kV开关柜内有巨大压力产生，所造成危害较大，如10kV开关柜内铝排及铜排处于高温条件下会出现熔毁和气化问题；10kV开关柜内的电缆和其余元器件瞬间着火后熔毁；柜内设备振动强烈，固定元件出现松脱情况[1]；柜内气体压力骤然升高，甚至超过250kPa，比较容易诱发爆炸事故；柜内爆炸后产生金属及非金属类材料的碎片直接飞射出去，对人员造成不同程度的伤害；开关柜周边工作者会因高温而烧灼皮肤，且强光会对人的眼睛产生强烈刺激，造成眼部受损问题；电弧会有大量有毒有害的气体产生，对于在场人员的呼吸系统会造成严重损害。相邻10kV开关柜受高压及高温冲击会严重受损，还会诱发室内火灾事故，致使故障范围持续扩大，所造成的人员伤亡及经济损失会相对较大。可见，10kV开关柜内的电弧故障所致危害性极大，需要得到广泛关注及保护处理。

2、保护策略

2.1注重故障检测

针对10kV开关柜内的电弧故障，加强实施故障检测比较重要。现阶段，可供选用的故障检测手段以电路敲击、图形分析爱排除这几种为主。电路敲击这一检测手段，即技术员借助橡皮小锤，在电力系统处于正常运行状态下轻轻敲击设备，判断设备与其周围设备性能可有异常情况出现，元件经敲击之后如果有明显异常现象存在，则代表有故障隐患存在，需及时排查故障与其成因，便于有效处理；针对图形分析检测，即对开关柜内的电弧故障实施检查期间，以设备图纸为主要依据，找到故障具体位置及其成因，便于更好地处理故障；针对排除手段，即技术员对于电力系统内部各元件实施检修过程，逐步排除各部件，将故障范围缩小。实践中，需结合具体情况合理选用这几种检测手段，便于实现对10kV开关柜内的电弧故障有效检测及保护工作。

2.2强化实施母线保护

强化实施母线保护，也属于10kV开关柜内的电弧故障一项重要保护策略。定期对10kV开关柜内的运行电流实施检测，可防止产生电弧故障。现有实验研究表明，设置母线保护系统装置之后，系统能够阻断电弧因燃烧所产生紫外线、红外线、可见光，促使开关柜整个内部压力下降，则开关柜内的电弧故障实际影响范围能够被缩小。强化实施母线保护实操过程简单，且呈较低成本，不会诱发污染问题，故而，我国电力业可积极落实此项策略，实现对开关柜内的故障电弧有效防护。

2.3引入自动保护系统装置

对电力系统实施故障检修过程当中，可积极引入自动保护系统装置，确保检修技术员短时间之内便可以将故障位置精准锁定，找到故障的具体成因；10kV开关柜内有故障电弧产生情况下，自动保护系统装置便能够快速地将开关柜和其余设备连接切断，以免开关柜内的故障电弧实际影响范围持续扩大，有效将所造成的不利影响及其危害性。同时，10kV开关柜内引入自动保护系统装置之后，还可以客观反映系统运行当中可有异常现象存在，对比分析实际的运行状态和运行参数，倘若发现存在着异常现象，则所引入自动保护系统装置便会直接发出差异化的信号，检修技术员就能够及时发现并且排除故障，实现对10kV开关柜内的电弧故障产生情况下有效保护[2]。

2.4注重对电弧热动作及电磁能动作的充分利用

电弧持续燃烧，会有较多高温气体产生，形成高压冲击气流，保护装置作出动作。当前电力系统当中，以电弧保护阀式继电器、电弧金属丝继电器比较常见。电弧金属丝继电器，还被称作是张力传感装置，电弧气体产生压力作用之下能够将金属丝伸长，结合电阻变大情况作出相应的信号动作，此继电器实则属于半导体开关。电弧短路故障产生后，气体压力这种作用之下，半导体的开关作出动作，则接点闭合，中间的继电器所在线圈接通后，接点直接作出闭合动作，并及时跳闸，以此通过对电弧热动作的充分利用，达到对开关柜的有效保护目的。此外，技术员还应当注重对电磁能动作的充分利用，实现对开关柜的有效保护

[3]。母线部分短路电流所产生电磁场与电弧电磁场互相作用之下，电弧会迅速移动，可沿着母线设置一根天线，且与母线绝缘，处于适当位置上可布设电流互感装置，便于接收短路电流的电弧。短路发生情况下，借助电弧压降所产生电流的互感装置一次电流及二次脉冲的跳闸电流，促使电源的断路装置及时跳闸，以此达到对整个开关柜及整个系统有效保护的目的。

2.5注重ABB快速性接地开关的科学运用

超快速新型接地开关(UFES)，其内含3个一次U1型操作元件、1个QRU型的电子监控及脱扣单元。一次操作各个元件为同等尺寸，高为210mm,总体直径为135mm,还包含着环氧树脂的固封真空灭弧室，各真空灭弧室当中含有两个不同的真空区间，借助隔板予以隔离开。各一次元件内部均配置集成的超快速微型气体发生器(SMGG),整个操作过程当中驱动活塞与导电杆妥善连接。依托快捷模拟科学技术，促使电子器件实现每相独立.，短时间内可确保电流监控及光控、安全脱扣等得以实现。10kV开关柜内倘若有故障电弧情况出现，则依托电子技术之下实施系统监控，便能够借助传感装置，实时监测到该故障电流及隔室内部弧光，还能够监控到该气体发生装置的运行异常现象，针对所产生气体压力，则及时推动活塞逐渐进入至灭弧室内，而导电杆直接穿过隔板，被静触头直接固定，对地稳定金属短路产生，故障电弧被首次识别之后4ms内便会被熄弧。可以说，整个过程当中，活塞和地电位经过动触头能够有安全连接形成，对开关柜及整个系统设备起到一定保护作用。

3、结语

综上所述，10kV开关柜内一旦有电弧故障产生，则无论是对开关柜，还是对电力系统及设施设备、人员安全等，均会造成极大危害。所以，不但要积极落实故障检测，还应当通过强化实施母线保护、引入自动保护系统装置、注重对电弧热动作及电磁能动作的充分利用、注重ABB快速性接地开关的科学运用等各项保护策略，以此来实现对10kV开关柜及所有系统设备的运行安全有效保护，维持整个电力系统更为安全稳定的运行状态。

参考文献：

[1]王超,王冰冰,陈嵩,等.开关柜内部电弧故障分析及防控措施[J].河南科技,2020(029):55-58.

[2]李渊,淡淑恒.开关柜内部故障电弧危害及其防护综述[J].高压电器,2018,54(7):73-78.

[3]蔡孝理.10kV开关柜内部电弧故障的危害与保护[J].商品与质量,2019(13):209.