開關(guān)柜放電原因分析與治理

王琪，李秋香，王曉健，張連升，宋樂永

（1.青州市供電公司，山東濰坊262500；2.杭州和利時自動化有限公司，山東濟南250014）

開關(guān)柜放電原因分析與治理

王琪1，李秋香2，王曉健1，張連升1，宋樂永1

（1.青州市供電公司，山東濰坊262500；2.杭州和利時自動化有限公司，山東濟南250014）

分析KYN61-40.5型交流金屬封閉開關(guān)柜在運行及維護中發(fā)現(xiàn)的問題，對開關(guān)柜放電原因進行詳細分析和總結(jié)，在此基礎(chǔ)上提出防止開關(guān)柜放電的治理措施，并對開關(guān)柜在生產(chǎn)安裝工藝、安全運行管理等方面提出建議。

KYN61；開關(guān)柜；放電；原因；治理

0 引言

隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，KYN61系列開關(guān)柜在變電站中得到大量應(yīng)用，其金屬封閉鎧裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計，具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小等優(yōu)點。但該型開關(guān)柜生產(chǎn)廠家多，產(chǎn)品質(zhì)量與施工工藝良莠不齊，在日常運行維護中發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)部存在放電問題，如果設(shè)備放電不能及時處理，會造成部分設(shè)備絕緣更加薄弱，引起更嚴重的事故［1］。經(jīng)過認真調(diào)查，對KYN61系列開關(guān)柜放電的原因進行分析，針對存在的問題提出相應(yīng)的治理措施，減少該類設(shè)備的放電事故，提高該類開關(guān)柜的安全運行水平。

1 概述

1.1 KYN61系列開關(guān)柜結(jié)構(gòu)

開關(guān)柜主要由柜體和手車兩大部分組成。柜體由手車室、母線室、電纜室和低壓室4個單獨的隔室組成（圖1）；手車主要由真空開關(guān)（或其它功能元件）和底盤車兩部分構(gòu)成。母線排與引流排用熱縮絕緣套封裹，手車小巧，采用梅花觸頭，導(dǎo)向性好。開關(guān)、手車、接地開關(guān)及柜門之間的聯(lián)鎖均采用強制性機械閉鎖方式，滿足“五防”功能。

1.2 放電事故

2013年7月10日，運行人員對110 kV峱山變電站進行雨后特巡工作，進入35 kV開關(guān)室后聽到Ⅱ段母線所在開關(guān)柜存在“噼噼啪啪”不連續(xù)放電聲音，聲音時大時小，并嗅到了臭氧氣味。當(dāng)天晚上的熄燈巡視檢查排除了柜內(nèi)其他設(shè)備放電的可能性，對Ⅱ段母線進行停電檢查，發(fā)現(xiàn)母線套管內(nèi)存在凝露并且積塵嚴重，凝露造成開關(guān)柜內(nèi)復(fù)合絕緣材料上產(chǎn)生細小水珠，母線搭接點螺絲對母線套管放電。

圖1 KYN61系列開關(guān)柜結(jié)構(gòu)

2013年9月9日，110 kV峱山站1號主變35kV側(cè)301開關(guān)復(fù)壓Ⅰ段過流跳閘，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，35 kV母線柜內(nèi)放電嚴重，35 kVⅠ段PT31Y開關(guān)柜內(nèi)互感器引線連接螺絲對柜體放電，拉弧后灼燒環(huán)氧樹脂絕緣表面和絕緣護套造成嚴重積炭。

2 開關(guān)柜放電原因分析

2.1 電氣安全距離偏小

KYN61系列開關(guān)柜是滿足35 kV室內(nèi)布置而采用的一種新的配電裝置，鑒于滿足該電壓等級下的室內(nèi)布置，其裝置設(shè)計緊湊，從近幾年來運行情況看，普遍反映柜體尺寸偏?。?］。經(jīng)過測量，開關(guān)三相動觸頭之間的距離為250 mm，三相引線之間最大距離為295 mm，圖2所示。

圖2 開關(guān)觸頭和引線間距

相與相之間、相與地之間空氣凈距小，達不到室內(nèi)配電裝置凈距300 mm的要求，這是此類裝置的先天缺陷。

圖3 套管和內(nèi)部母線尺寸

開關(guān)柜內(nèi)母線與套管間隙放電，中壓開關(guān)柜多使用矩形母線，母線穿越套管處由于受到安裝條件的限制，在帶電母線與套管之間形成大小不一的間隙，造成母線與套管間隙內(nèi)的場強分布不均勻，間隙小的位置電位差大造成間隙擊穿，母線對套管放電。

測量發(fā)現(xiàn)套管內(nèi)矩形母線距離套管內(nèi)壁最大距離為125 mm，最小距離為80 mm，如圖3所示。相同絕緣條件下，套管內(nèi)部場強不均勻造成套管內(nèi)部絕緣老化程度不同，絕緣薄弱處容易放電。

2.2 產(chǎn)生尖端電暈放電

柜內(nèi)母線和元器件的制作雖經(jīng)過倒角處理，但存在棱角、毛刺，連接件處螺絲過長，導(dǎo)致絕緣表面電場分布很不均勻，引起尖端電暈放電。當(dāng)局部電場強度達到臨界場強時，氣體發(fā)生局部電離，出現(xiàn)藍色熒光并發(fā)出“嘶嘶”放電聲［3］。放電熱效應(yīng)容易使復(fù)合絕緣材料釋放出臭氧、氮的氧化物，這些氣體都會使絕緣體絕緣性能降低甚至破壞。開關(guān)柜內(nèi)和高壓套管內(nèi)存在母線搭接點，且螺桿留絲過長，存在尖端放電點。

2.3 過電壓造成局部放電

正常運行電壓和絕緣條件下，不會造成設(shè)備的絕緣擊穿產(chǎn)生局部放電，但是在系統(tǒng)產(chǎn)生擾動過電壓，例如諧振過電壓、雷擊過電壓等會造成電力設(shè)備絕緣處于足夠強的電場下，會造成引起絕緣閃絡(luò)，誘發(fā)相間或弧光短路事故和單相對地弧光接地事故［4］。

母線電壓互感器抗諧振能力較差，特別是存在鐵廠熔煉設(shè)備等諧波源時，諧波作用使電壓互感器發(fā)生鐵磁諧振，諧振過電壓的幅值能達到3～3.5倍相電壓，極有可能造成絕緣薄弱處閃弧放電。

2.4 自然通風(fēng)散熱效果差

KYN61系列開關(guān)柜采用封閉式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部的手車室、母線室、電纜室和低壓室之間也是相互獨立的，設(shè)計制造時柜體結(jié)構(gòu)未充分考慮合理有效的自然通風(fēng)散熱問題。

由于KYN61系列開關(guān)柜是全封閉式結(jié)構(gòu)，沒有透氣孔，且出線全是電纜出線，電纜溝上來的潮氣易積聚在柜內(nèi)，加之柜內(nèi)通風(fēng)不暢，當(dāng)環(huán)境溫度變化時，易產(chǎn)生凝露，造成絕緣強度降低。開關(guān)柜內(nèi)由于大量采用了壓鑄環(huán)氧樹脂為材料的絕緣部件，尤其是高壓電纜外絕緣層、環(huán)氧澆注電流互感器、酚醛環(huán)氧絕緣罩、相間隔板等復(fù)合絕緣材料的憎水性較差，若絕緣材料材質(zhì)不好，空氣濕度大且污穢嚴重，運行中會導(dǎo)致吸潮凝露，導(dǎo)致表面泄露電流增大。當(dāng)介質(zhì)受潮、臟污或有破損時，由于潮濕，介質(zhì)表面的游離電子增加，引起傳導(dǎo)電流增加，絕緣電阻相應(yīng)降低，絕緣下降到一定程度時即引起局部沿面放電閃絡(luò)，最終發(fā)展成相間短路或接地短路事故［5-6］。

2.5 施工工藝達不到要求

變電站內(nèi)電纜溝施工工藝粗糙，電纜溝內(nèi)部未經(jīng)嚴格壓光處理，后續(xù)改造工程野蠻施工，造成電纜溝壁崩塌，導(dǎo)致蓋板不能正常就位。電纜溝封堵不嚴造成電纜溝內(nèi)布滿塵土，塵土通過柜底部縫隙進入開關(guān)柜內(nèi)部，使支持絕緣子、套管等絕緣件積塵嚴重，出現(xiàn)污垢和放電現(xiàn)象。

3 開關(guān)柜放電治理

3.1 強化絕緣措施

更換部分放電嚴重的母線穿墻套管和相間絕緣擋板。由于持續(xù)放電作用，部分母線套管和開關(guān)柜內(nèi)的相間絕緣擋板的絕緣已經(jīng)破壞，無法保證設(shè)備的安全運行，所以更換部分母線套管和相間絕緣擋板，并對絕緣擋板進行倒角處理；清除開關(guān)柜內(nèi)灰塵和積炭黑斑，同時對母線套管內(nèi)部進行灰塵清除和防污閃處理。更換TG3-40.5型套管12只，更換高強度環(huán)氧樹脂絕緣擋板50塊，清掃KYN61型開關(guān)柜30面。

帶電體的絕緣化處理。采用硅橡膠絕緣涂料對母線進行絕緣化處理，重新用HX-35型母線熱縮管對開關(guān)柜內(nèi)所有母線及導(dǎo)體進行絕緣處理。這種熱縮套管具有耐高溫（125℃），阻燃性能好（VW-1）等優(yōu)點。通過施工，絕緣化處理TMY-100×10型主母線186 m，支母線205 m，母線搭接處重新用阻燃的T形絕緣罩處理。

用35 kV半導(dǎo)電膠帶將相間拐角處容易產(chǎn)生尖端放電的銅排搭接頭的螺栓部位包覆，盡量使其包扎頭形成球體，以消除接頭外的電氣不均勻分布，消除尖端放電點，再用35 kV熱縮管加大范圍包裹，以阻斷放電通道［7］。

調(diào)整套管內(nèi)母線位置，使其盡量居中，從而改善套管內(nèi)部電場分布，使之盡量均勻，有效提高空氣間隙的擊穿電壓，還可減輕或避免電暈現(xiàn)象，減緩套管的絕緣老化［8］。

采用以上改造措施后，110 kV峱山站KYN61-40.5型開關(guān)柜沒有再發(fā)生因絕緣薄弱和不均勻電場造成的放電現(xiàn)象。

3.2 優(yōu)化開關(guān)柜內(nèi)運行環(huán)境

加強變電站文明生產(chǎn)和變電站的通風(fēng)管理，定期清理35 kV開關(guān)室內(nèi)衛(wèi)生，避免室內(nèi)出現(xiàn)浮塵，在開關(guān)室內(nèi)加裝除濕機，保持開關(guān)室內(nèi)清潔和良好的溫濕度環(huán)境。

在兩側(cè)開關(guān)柜柜體開孔并安裝百葉窗，開關(guān)柜頂部裝設(shè)排風(fēng)扇。投入自動時，當(dāng)開關(guān)柜內(nèi)濕度達到40%，熱風(fēng)循環(huán)干燥系統(tǒng)開始運行。當(dāng)濕度減小到25%，熱風(fēng)機停止，系統(tǒng)終止運行。手動運行時，由運行人員根據(jù)柜內(nèi)濕度、溫度等情況手動啟停排風(fēng)扇。在開關(guān)柜內(nèi)安裝加熱裝置，防止凝露發(fā)生［9-10］。110 kV峱山站的排風(fēng)扇和除濕機投入運行后，2013年雨季，室內(nèi)濕度控制在40%以下，柜內(nèi)濕度控制在35%以下，柜內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)藍紫色光暈，母線室內(nèi)放電聲音明顯減小，沒有再發(fā)生嚴重放電和短路跳閘事故。

組織定期開展開關(guān)柜電纜通道普查，結(jié)合停電工作，使用防火材料封堵開關(guān)柜與高壓電纜溝的通道，防止電纜溝內(nèi)潮濕氣體和灰塵竄入柜內(nèi)，造成絕緣強度降低。

3.3 加強變電站諧波治理

對變電站的消諧裝置進行定期試驗，保證消諧裝置可靠運行，同時對存在諧波源的變電站進行定期諧波測試，加強對諧波的實時監(jiān)控，使諧波對變電設(shè)備產(chǎn)生的不利影響降到最低。

4 預(yù)防開關(guān)柜放電的幾點建議

4.1 嚴控進貨質(zhì)量

購買設(shè)備時，在技術(shù)條件書中明確通風(fēng)、加熱除潮的要求。嚴把設(shè)備招標(biāo)關(guān)，嚴防產(chǎn)品質(zhì)量不高的35 kV高壓開關(guān)柜進入電網(wǎng)運行，建議KYN61開關(guān)柜主母線采用管型母線［11］。

4.2 提高施工工藝

KYN61-40.5開關(guān)柜屬鎧裝型移開式開關(guān)設(shè)備，是以空氣絕緣配合復(fù)合絕緣的產(chǎn)品，且復(fù)合絕緣所占比重較大。生產(chǎn)工藝注意：絕緣件應(yīng)光滑、平整，不能有毛刺；銅排斷口應(yīng)倒角和去毛刺；不應(yīng)將銅排搭接口放在套管內(nèi)；螺釘露牙不應(yīng)過長，并應(yīng)長短一致；在關(guān)鍵部位應(yīng)采用圓頭螺釘；柜體應(yīng)采取通風(fēng)、除濕、防凝露措施。

4.3 加強變電站運行管理

變電站竣工運行后一般有相應(yīng)的輸電工程，電纜溝蓋板需要打開，容易產(chǎn)生電纜溝蓋板損壞、開關(guān)柜與電纜溝封堵不嚴等問題。這些問題是造成開關(guān)柜內(nèi)部放電的潛在因素。嚴格工程驗收標(biāo)準(zhǔn)，加強變電站的日常巡視，發(fā)現(xiàn)問題及時整改。

5 結(jié)語

KYN61-40.5型開關(guān)柜是一種很重要的35 kV電力設(shè)備，其安全運行是電力系統(tǒng)供電可靠的重要保證。通過對放電事故的分析與治理，可以為以后的設(shè)備運行管理提供重要依據(jù)，也有利于防范該類事故的再次發(fā)生。

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Cause Analysis and Treatment of Switchgear Discharge

This paper analyzes problems found in the operation and maintenance of the KYN61-40.5 type AC metal closed switchgear.Discharge cause is analyzed and concluded in detail.Related countermeasures and a few suggestions referring to the switchgear installation process and safety operation management are proposed.

KYN61；switchgear；discharge；cause；treatment

TM591

：B

：1007－9904（2014）03－0040－04

2014-04-15

王琪（1964—），男，高級工程師，主要從事生產(chǎn)管理工作；

李秋香（1980—），女，主要從事電力控制方面的設(shè)計與開發(fā)；

王曉?。?971—），男，工程師，主要從事變電管理工作；

張連升（1983—），男，工程師，主要從事變電運行維護工作；

宋樂永（1982—），男，助理工程師，主要從事變電運行維護工作。