開關柜是電力系統(tǒng)運行過程中的重要電力設備，只有確保開關柜的可靠性才能保證整個電力系統(tǒng)的正常運行。但實際上電力系統(tǒng)運行中的常見嚴重故障之一就是由開關柜內部故障電弧引發(fā)的事故。

相關調查資料顯示，我國變電所每年出現(xiàn)開關柜故障的概率達到0.8%，農村配電網中開關柜故障的概率甚至更高。開關柜內部故障電弧會給整個電力系統(tǒng)和用戶帶來非常嚴重的影響，給電力企業(yè)造成巨大的經濟損失，甚至還會造成嚴重的人員傷亡事故和周邊建筑物破壞等。這些時有發(fā)生的事故嚴重威脅著配電系統(tǒng)的安全經濟運行，已引起國內電力部門的高度重視。

開關柜內故障電弧出現(xiàn)的原因與危害

造成開關柜內部故障電弧發(fā)生的原因主要有設計不合理、制造質量差、絕緣老化(或絕緣氣體泄漏)、機械磨損、運行條件惡劣(高溫、潮濕、污穢、化學侵蝕等)、維護及操作不當、外來因素(小動物的進入等)、電網結構的改變等都會造成開關柜故障。

開關柜內弧光短路故障帶來的危害主要分為對現(xiàn)場工作人員的傷害及對開關設備及鄰近配電設備的損害。

1、弧光短路所釋放的巨大的能量所產生的各種電弧效應，會對附近的工作人員造成嚴重的傷害。例如：感應電壓會侵害人的肌肉、神經，電弧燃燒產生的高溫氣體會使人的皮膚嚴重燒傷，強烈的閃光導致失明，爆破聲導致永久性失聰，爆破性壓力沖擊波會造成在高空工作的人員墜落、碎片的飛射將損傷人體，電弧燃燒所產生的有毒氣體會傷害人的呼吸系統(tǒng)等。

2、開關柜內部發(fā)生弧光短路時，弧光發(fā)生點的溫度高達太陽表面溫度的 2~4倍。在這樣的溫度環(huán)境下容易造成銅排、鋁排熔毀和汽化，使電纜熔毀、電纜包覆層著火，并造成柜內污損、保護漆焚毀、清理困難。電弧還可能引致相鄰盤體、建筑物材料或電纜火災。同時柜內壓力急驟上升。它產生的壓力將造成開關柜盤體變形、破碎、甚至被燒毀等。

可見，一旦發(fā)生開關柜內部弧光短路，會給附近操作人員和設備造成極大的危害。

柜內電弧故障危害如何防護？

根據國內外試驗研究，燃弧時間與造成開關柜損壞程度關系如下：

故障電弧持續(xù)時間超過100 ms時電纜開始燃燒，超過150ms時銅或鋁母線開始燃燒，超過200 ms時開關柜外殼的鋼板也發(fā)生燃燒，開關柜設備有發(fā)生爆炸的危險。如果在5ms內將開關柜內部短路故障電弧熄滅，其電弧故障產生的熱效應對開關柜造成的損壞很小，僅對開關柜熱縮套管和環(huán)氧樹脂絕緣造成輕微損壞，其他開關柜內的非故障部位的母排、電纜、元器件將保持完好狀態(tài)。

可見從保護開關柜，減小設備損壞考慮，保護動作切除故障時間應小于100ms。不過傳統(tǒng)開關柜一般通過例行巡檢，定期預防性試驗來判斷設備的健康狀態(tài)，難以及時發(fā)現(xiàn)故障隱患。因此，很有必要引入快速切除弧光故障的保護系統(tǒng)。才茂開關柜智能化解決方案提供集成多種數字化監(jiān)控功能，幫助用戶以全新的方式監(jiān)測預防操作和管理變電站。

開關柜弧光監(jiān)測及防護方案

才茂智能開關柜解決方案是利用物聯(lián)網技術、邊緣計算技術及IEC61850技術，實現(xiàn)了開關柜健康情況的“自我感知、自主監(jiān)測、自動預警”及遠程的可視化全電控操作功能。通過邊緣計算、各類傳感器、一鍵控制、視頻監(jiān)測和人機交互通過采集現(xiàn)場設備的狀態(tài)信息，對現(xiàn)場設備的健康狀態(tài)進行分析，并根據分析結果，啟動不同級別的報警信號。當電力系統(tǒng)開關柜出現(xiàn)故障電弧時，自動保護裝置就會迅速切斷開關柜與其他電力設備的連接，防止開關柜內部故障電弧影響擴大，減少不利影響和危害。該方案還能客觀反映出電力系統(tǒng)運行中的異常情況，可以將實際運行狀態(tài)與運行參數進行對比，如果發(fā)現(xiàn)異常情況就會發(fā)出差異信號，便于檢修人員及時發(fā)現(xiàn)故障、排除故障。

方案的運用對提高開關柜內部電弧防護技術水平及實現(xiàn)整個開關柜的健康管理有著積極的推動作用，大大減少了用戶損失和供電損失，提高了用戶的供電可靠性，具有良好的經濟效益和社會效益。監(jiān)測防護方案分為以下幾種：

1、斷路器機械特性監(jiān)測

斷路器機械特性監(jiān)測主要用于在線監(jiān)測開關柜內斷路器的機械動作性能。在不破壞原有結構的前提下，在斷路器傳動桿下端安裝紅外位移傳感器，將每次分合閘動作所產生的機械特性數據實時上傳至智能監(jiān)測單元IED，當發(fā)生異常時能夠及時維護，減少因斷路器自身故障而引起的意外損失，為開關柜的狀態(tài)檢修提供依據。

2、開關柜電動機構監(jiān)測

斷路器使用壽命與分、合閘操作次數有關，尤其是開斷電流的大小造成的影響，是其壽命的一個重要參數，開關柜電動機構監(jiān)測通過IED內置霍爾傳感器對斷路器分閘次數統(tǒng)計，區(qū)分故障分閘和操作分閘，通過繪制其電流曲線，可以判定其基本狀態(tài)，建立分合閘線圈電流波形專家圖庫，為運維檢修提供數據參考。

3、溫升實時監(jiān)測

開關柜溫升過高帶來的氧化腐蝕，會加速導致接觸電阻增加，進而加速溫升，形成惡性循環(huán)，從而導致設備損壞，發(fā)生爆炸等嚴重情況。溫升實時監(jiān)測可在斷路器的每個觸臂上安裝溫度傳感器，變化中的溫度信號，通過自供電無線通信模塊實時傳輸到智能監(jiān)測單元IED感知溫升變化，提前介入預防。

4、一鍵順控

一鍵順控，即一鍵完成開關柜的送電、停電過程。斷路器底盤車采用電動機構，可在工作運行位置及實驗位置之間自動搖入搖出，同樣基地刀閘也升級為電動操作，這樣斷路器和基地開關就實現(xiàn)了就地或遠程自動操作，避免了手動操作帶來的安全隱患，保證人身安全。

5、可視化視頻監(jiān)控

柜體內重要位置都安裝有攝像頭，具備視頻監(jiān)測功能。開關柜物聯(lián)終端通過采集柜內斷路器室及電纜室視頻數據進行視頻圖像處理分析，判斷斷路器觸頭及活門的動作以及接地刀閘的合分動作，從而實現(xiàn)可視化操作，支撐運維人員的精準運維。

方案優(yōu)勢

1、提升管理效率、降低運行管理成本

工作人員在監(jiān)控室即可實時監(jiān)控配電柜環(huán)境數據、設備運行狀態(tài)，全面掌握配配電設備的各種信息，減少運營人員巡檢工作，降低運維成本。

2、提高綜合用電管理水平

為管理部門提供用電成本、效率管理、電力運行調度管理等功能，為管理人員運行策略和用能策略提供有效依據，提高政企部門電力運行調度管理效率。

3、故障實時監(jiān)測，防護更安全

擁有豐富的告警方式和策略，有效避免多種事故的發(fā)生，提高運維響應速度，從而保障居民生命財產安全。