中壓開關(guān)設(shè)備對(duì)固體絕緣件局部放電量要求探討

韓 強(qiáng)，司紅玲，李光肖

（1.許繼智能電力設(shè)備股份有限公司，福建 廈門 361101；2.淄博供電公司，山東 淄博 255032；3.濟(jì)寧供電公司，山東 濟(jì)寧 ）

0 引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的飛速發(fā)展，對(duì)配電網(wǎng)以及配電網(wǎng)中應(yīng)用的開關(guān)設(shè)備提出了越來(lái)越高的要求。隨著技術(shù)的進(jìn)步和工藝手段的提高，開關(guān)設(shè)備的絕緣材料也有了很大發(fā)展，從最初的陶瓷、空氣、變壓器油等發(fā)展至現(xiàn)在的環(huán)氧樹脂、硅橡膠、SF6氣體等材料。絕緣材料的物質(zhì)形態(tài)有固態(tài)、氣態(tài)、液態(tài)，其中環(huán)氧樹脂因其優(yōu)良的電氣性能、機(jī)械性能，可用模具澆注易實(shí)現(xiàn)等性能而在中壓開關(guān)設(shè)備中被廣泛應(yīng)用。在中壓設(shè)備中大量應(yīng)用的是固體絕緣材料，比如開關(guān)柜中的絕緣支撐，斷路器的固封極柱，電流/電壓互感器的絕緣外殼，充氣環(huán)網(wǎng)柜中的進(jìn)出線電纜套管，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的固封模塊等。

1 局部放電的產(chǎn)生及對(duì)開關(guān)設(shè)備的破壞作用

根據(jù)GB/T 7354—2403《局部放電量測(cè)量》中的局部放電定義，導(dǎo)體間絕緣僅被部分橋接的電氣放電，這種放電可以在導(dǎo)體附近發(fā)生也可以不在導(dǎo)體附近發(fā)生。局部放電一般是由于絕緣體內(nèi)部或絕緣表面局部電場(chǎng)特別集中而引起的，通常這種放電表現(xiàn)為持續(xù)時(shí)間小于1 ps的脈沖。但是也可能出現(xiàn)連續(xù)的形式，比如氣體介質(zhì)中的所謂無(wú)脈沖放電?！半姇灐笔蔷植糠烹姷囊环N形式，常發(fā)生在遠(yuǎn)離固體或液體絕緣的導(dǎo)體周圍的氣體介質(zhì)中。“電暈”不宜被用作所有局部放電形式的通用術(shù)語(yǔ)。局部放電通常伴隨著聲、光、熱和化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象。

1.1 局部放電的種類及產(chǎn)生原因

局部放電的種類包括絕緣材料內(nèi)部放電、表面放電、高壓電極尖端放電。

設(shè)備絕緣內(nèi)部存在弱點(diǎn)或生產(chǎn)過(guò)程中造成的缺陷，在高壓電場(chǎng)作用下會(huì)發(fā)生重復(fù)擊穿和熄滅現(xiàn)象。局部放電可能發(fā)生在導(dǎo)體周圍，也可能發(fā)生在絕緣體的表面或內(nèi)部，發(fā)生在表面的為表面局部放電，發(fā)生在內(nèi)部的為內(nèi)部局部放電。在中壓開關(guān)柜和固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜等開關(guān)設(shè)備中，以空氣作為基本散熱媒介和絕緣介質(zhì)，采用環(huán)氧樹脂包覆的導(dǎo)體承受高電壓的作用，其絕緣系統(tǒng)是由各種不同形狀尺寸及不同絕緣材料所組成的復(fù)合絕緣，在外施電壓作用下，所承受的電場(chǎng)強(qiáng)度是不同的，這種不均勻性客觀存在。 在絕緣體內(nèi)部或表面，某些區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度高于平均電場(chǎng)強(qiáng)度，而某些區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度低于平均電場(chǎng)強(qiáng)度，高于平均電場(chǎng)強(qiáng)度的區(qū)域會(huì)發(fā)生放電，這就是局部放電。 產(chǎn)生局部放電的原因：結(jié)構(gòu)不合理與電場(chǎng)分布極不均勻而形成局部電場(chǎng)集中；制造和工藝處理不當(dāng)，如金屬部件帶有尖角、毛刺或絕緣體中含有雜質(zhì)；局部存在缺陷，這些部位發(fā)生電場(chǎng)畸變而形成局部放電。

1.2 局部放電的特點(diǎn)

放電能量很小的情況下，短時(shí)間內(nèi)不影響電氣設(shè)備的絕緣強(qiáng)度。 但是對(duì)絕緣的危害是逐漸加大的，發(fā)展需要一定時(shí)間，通過(guò)累計(jì)效應(yīng)，最終缺陷可以擴(kuò)大到絕緣擊穿。絕緣系統(tǒng)壽命的評(píng)估分散性很大，與發(fā)展時(shí)間、局部放電種類、產(chǎn)生位置、絕緣種類等有關(guān)。局部放電試驗(yàn)屬非破壞試驗(yàn)，不會(huì)造成絕緣損傷。

1.3 局部放電的危害

局部放電發(fā)生在一個(gè)或幾個(gè)很小的區(qū)域內(nèi)（絕緣內(nèi)部氣隙或氣泡），放電的能量很小，局部放電的存在并不影響電氣設(shè)備的短時(shí)絕緣強(qiáng)度。 但是，開關(guān)設(shè)備在運(yùn)行電壓下長(zhǎng)期存在著局部放電現(xiàn)象，會(huì)有以下破壞作用：一是放電點(diǎn)長(zhǎng)期對(duì)絕緣件轟擊造成絕緣局部損壞，逐步擴(kuò)大后，最終使絕緣擊穿；二是長(zhǎng)期放電，絕緣材料產(chǎn)生的臭氧、氧化氮等活性氣體在熱的作用下，使局部絕緣受到腐蝕，電導(dǎo)增加，最后導(dǎo)致熱擊穿。電氣絕緣的破壞或局部老化，多數(shù)是從局部放電開始的，它的危害性突出表現(xiàn)在使絕緣壽命迅速降低，最終影響開關(guān)設(shè)備的安全運(yùn)行。

2 中壓開關(guān)設(shè)備局部放電量的要求

中壓開關(guān)設(shè)備中局部放電是影響開關(guān)設(shè)備長(zhǎng)期可靠運(yùn)行的一個(gè)重要因素，理想狀態(tài)下，開關(guān)設(shè)備中局部放電量應(yīng)該為零，但在實(shí)際產(chǎn)品制造過(guò)程中，即使是在結(jié)構(gòu)最優(yōu)化或者工藝控制水平最先進(jìn)的情況下，都不可能做到局部放電量為零。GB 3906—2006《3.6 kV～40.5 kV交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》中，附錄B5最大允許的局部放電量規(guī)定，固體絕緣的可接受限值：在1.1 Ur（相間電壓）下應(yīng)為10 pC，而對(duì)于中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)，在1.1 Ur相對(duì)地電壓下為100 pC。

我國(guó)10 kV中壓配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式有中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈或電阻接地系統(tǒng)，均為不直接接地系統(tǒng)。也就是說(shuō)，在10 kV的開關(guān)設(shè)備中，固體絕緣材料的局部放電量最大可接受的限值為100 pC。

我國(guó)10 kV中壓配電網(wǎng)無(wú)論采用哪種形式的接地方式均為不直接接地系統(tǒng)，此時(shí)開關(guān)設(shè)備的外絕緣要求較高，對(duì)地和相間絕緣要能夠承受42 kV的耐壓水平，不發(fā)生設(shè)備對(duì)地或相間的閃絡(luò)和爬電放電，相對(duì)地的外絕緣是產(chǎn)品的考慮重點(diǎn)，相間的外絕緣水平相對(duì)而言很容易滿足，設(shè)備的內(nèi)絕緣則可相應(yīng)降低。也就是說(shuō)，在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，發(fā)生單相接地短路故障電流值一般很小，一般單相接地短路故障電流在100 A以下，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行影響不大。按規(guī)程規(guī)定電網(wǎng)可帶單相接地短路故障運(yùn)行2 h，而固體絕緣材料由于局部放電問(wèn)題造成的最終結(jié)果可能引發(fā)單相接地短路故障，從這個(gè)層面上來(lái)看，固體絕緣材料的局部放電量要求苛刻，要低于10 pC以下，從系統(tǒng)可靠運(yùn)行角度考慮，意義不大，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，則提高了設(shè)備制造成本。 中壓中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)，開關(guān)設(shè)備固體絕緣材料的局部放電量要求不得大于100 pC，由于局部放電問(wèn)題所造成的相間短路故障幾率很小。 只有相鄰兩相的絕緣件均因?yàn)榫植糠烹姳粨舸瑑上嗑纬蓡蜗嘟拥囟搪饭收?，演化成相間短路故障。而由于局部放電造成兩相同時(shí)內(nèi)部絕緣被擊穿幾乎不可能。

3 結(jié)語(yǔ)

開關(guān)設(shè)備對(duì)固體絕緣材料內(nèi)外絕緣的考核，實(shí)際上是滿足開關(guān)設(shè)備在不同中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中的應(yīng)用要求。也就是說(shuō)，中性點(diǎn)接地系統(tǒng)方式從一個(gè)側(cè)面來(lái)看，影響到線路短路故障電流大小，影響開關(guān)設(shè)備固體絕緣材料的絕緣性能。

［1］王鵬.船舶中壓電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式研究［J］.船舶電氣，2007（3）：49-54.

［2］胡正清.淺析對(duì)電力變壓器局部放電的預(yù)防和控制［J］.華東科技，2013（1）：246-247.