10 kV高壓開關(guān)柜電暈問題分析及處理對策研究

王晉強

（山西陽城陽泰集團白溝煤業(yè)有限公司，山西晉城 048100）

0 引言

伴隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，極大地促進我國電力行業(yè)的繁榮，在當前的電力項目中，10 kV高壓開關(guān)柜以其獨特的優(yōu)勢得到廣泛應(yīng)用，顯示出其他開關(guān)柜所不具有的優(yōu)勢。通過運用10 kV高壓開關(guān)柜，能夠為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供有效保障，同時一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，10 kV高壓開關(guān)柜能夠?qū)崿F(xiàn)對不同設(shè)備間相互連接的中斷，從而為電力設(shè)施設(shè)備及人員安全提供有效保障[1]。

1 10 kV高壓開關(guān)柜種類及特征

目前，電力行業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)對10 kV高壓開關(guān)柜的廣泛應(yīng)用，形成種類繁多、區(qū)別明顯的多種開關(guān)柜并存的局面。根據(jù)開關(guān)柜形式的不同，可以將10 kV高壓開關(guān)柜分為手車中置式開關(guān)柜、負荷開關(guān)柜、手車落地式開關(guān)柜、固定式開關(guān)柜及箱式開關(guān)柜幾種，其特征分別如下所示：

（1）箱式開關(guān)柜

對于戶外用電場所，較常用到的開關(guān)柜形式主要為箱式開關(guān)柜，該類開關(guān)柜受體積及散熱性能的限制，對于一些負荷較大的供電系統(tǒng)不能很好地滿足供電系統(tǒng)的需求，故而對于一些負荷較小的供電系統(tǒng)常選用箱式開關(guān)柜。

（2）固定式開關(guān)柜

對于一些變電站或廠礦企業(yè)，常選用固定式開關(guān)柜，該類開關(guān)柜的特點在于具有較大的內(nèi)置空間，能夠?qū)崿F(xiàn)對各類電氣元件的靈活擺放，但同時該類開關(guān)柜具有封閉性和防護性較差的特點，故障發(fā)生概率較高，因而已經(jīng)逐步遭到廢棄[2]。

（3）手車落地式開關(guān)柜

要選用手車落地式開關(guān)柜必須配套高強度的箱底，這一開關(guān)柜因其先進的技術(shù)已逐步占據(jù)一定的市場。

（4）負荷開關(guān)柜

對負荷開關(guān)柜進行細分，還可以分為SF6負荷開關(guān)柜和HXGN負荷開關(guān)柜兩種，其中SF6負荷開關(guān)柜具有更高的防護等級和維護的便利性，故而在新建配電室中已得到廣泛應(yīng)用。

（5）手車中置式開關(guān)柜

在10 kV開關(guān)柜中，手車中置式開關(guān)柜是應(yīng)用最為廣泛的一種，具有其他開關(guān)柜所無法比擬的優(yōu)勢，具有廣闊的發(fā)展前景[3]。

2 10 kV開關(guān)柜電暈現(xiàn)象及原理分析

（1）電暈現(xiàn)象分析

電暈又稱電暈放電，表現(xiàn)為帶電體在高壓環(huán)境下產(chǎn)生電離從而向周圍空氣釋放游離電的放電現(xiàn)象。在正常氣壓和強度下，當高壓帶電體的電壓持續(xù)上升直到電壓臨界值，或者當高壓帶電體具備電暈電場的強度時，就會提高空氣中原有離子的動能并促使其持續(xù)上升，直到某一固定臨界值，進而對其他不帶電分子產(chǎn)生撞擊作用，并將其離子化，導致空氣發(fā)生部分導電。此時，高壓帶電體四周呈現(xiàn)出藍色輝光放電現(xiàn)象，也就是所謂的電暈現(xiàn)象。當電極曲率半徑偏小且電極四周場強偏高時，也往往導致電暈現(xiàn)象的出現(xiàn)[4]。

（2）10 kV高壓開關(guān)柜電暈產(chǎn)生的機理

就單純氣體而言，因其導電性能不佳而被認為是良好而絕緣體，然而隨著氣體間隙外施電壓的不斷提升就會導致電流的迅速增加，使得氣體具備導電性能，導致其絕緣性能的破壞，最終導致自持放電現(xiàn)象的發(fā)生?？梢詫е?0kV高壓開關(guān)柜產(chǎn)生電暈的原因總結(jié)為如下兩點：一是空氣間隙存在于開關(guān)柜中，二是電場強度高于空氣間隙的外施電壓。同時，空氣隙在10 kV開關(guān)柜的電極及絕緣材料內(nèi)部是客觀存在的，所以當空氣隙受電壓應(yīng)力作用較大時，就會出現(xiàn)擊穿氣體的現(xiàn)象，最終導致電暈的出現(xiàn)。絕緣體最早受到10 kV高壓開關(guān)柜局部放電的燒蝕，并隨著燒蝕的持續(xù)而產(chǎn)生腐蝕絕緣表面的臭氧和酸，通過燒蝕和腐蝕的雙重作用使得絕緣表面變得粗糙，并進一步向絕緣體內(nèi)部滲透，盡管損壞不是即刻產(chǎn)生的，但隨著燒蝕的持續(xù)會產(chǎn)生向四周傳播的力量，使得通路呈現(xiàn)枝狀生產(chǎn)，最終使得絕緣體具備導電性。這主要是由于枝狀通路的內(nèi)壁被碳化所致的。對于10 kV開關(guān)柜的電暈現(xiàn)象，具體變現(xiàn)為內(nèi)部電場的不均勻性。就10 kV開關(guān)柜而言，相比較于其他放電形式，電暈現(xiàn)象的主要特征在于其電流強度是由電極外其他空間的電導控制的，受到氣體密度、性質(zhì)、外加電壓及電極形狀等因素的影響。對開關(guān)柜不同時期的電壓進行明確區(qū)分，其中將電暈產(chǎn)生時的電壓命名為起始電壓，此時電壓要比擊穿電壓較低，且受電場均勻程度的影響，二者的差值隨著電場均勻程度的提升而逐漸減小。開關(guān)柜元件性能受電暈現(xiàn)象的影響和破壞，對10 kV開關(guān)柜的整體性能產(chǎn)生負面影響，埋下安全隱患[5]。

（3）10 kV高壓開關(guān)柜電暈危害分析

在10 KV高壓開關(guān)柜故障中，電暈故障是較為普遍的一種，其危害集中體現(xiàn)為：（一）受局部場強驅(qū)動，部分電極和尖極的電子和離子會出現(xiàn)高速運動的現(xiàn)象，并在不斷運動的過程中實現(xiàn)與氣體分子能力的交換，產(chǎn)生電風。當缺乏足夠的剛性對電極進行固定時，受氣體反作用的影響，電風就會導致電暈極發(fā)生轉(zhuǎn)動或振動現(xiàn)象；（二）電暈的放電作用往往會導致高次諧波和高頻脈沖電流的產(chǎn)生，對無線電通訊產(chǎn)生干擾；（三）電暈的產(chǎn)生還可能引起空氣的化學反應(yīng)，釋放臭氧、氮氧化物等，其中，臭氧具有強氧化性，氮氧化物又具有強腐蝕性，均會對氣體中的金屬電極隊及固體介質(zhì)產(chǎn)生嚴重的腐蝕和損傷[6]。

3 10 kV高壓開關(guān)柜電暈處理辦法

環(huán)境濕度是導致高壓開關(guān)柜產(chǎn)生電暈現(xiàn)在的關(guān)鍵原因所在，尤其在近海地區(qū)，往往因空氣鹽份含量過高而對開關(guān)柜斷路器的絕緣性產(chǎn)生影響，并在電場的長期作用下導致電暈現(xiàn)象的產(chǎn)生，而這種電暈現(xiàn)象又因規(guī)模較小而不能輕易被發(fā)現(xiàn)，在長期的作用下對極柱的環(huán)氧表面產(chǎn)生燒灼等損毀，導致硅微粉殘留在極柱的局部地方，對極柱的絕緣性造成進一步損毀，使得電暈現(xiàn)象更為嚴重。因此，一旦發(fā)現(xiàn)10kV高壓開關(guān)柜出現(xiàn)電暈現(xiàn)象，需要及時采取停電檢修的措施，同時逐個清潔開關(guān)柜中銅排表面、電流互感器、斷路器等元件中存在的污垢和銹蝕，最后對斷路器進行檢驗，確保檢驗無誤后再重新啟用[7]。盡管受電暈影響所產(chǎn)生的氮氧化物和臭氧不會在短期內(nèi)對斷路器的絕緣性產(chǎn)生明顯的損害，但在長時間作用下，也會逐步腐蝕斷路器中的金屬材質(zhì)，進而加快絕緣材料老化的速度，進一步導致電暈現(xiàn)象的加重。所以當10kV高壓開關(guān)柜產(chǎn)生電暈現(xiàn)象時，需要綜合考慮開關(guān)柜所處環(huán)境的溫度及濕度，同時對柜內(nèi)電場強度進行合理控制，才能從根本上環(huán)節(jié)并消除開關(guān)柜的電暈現(xiàn)象，具體可按如下辦法進行處理：首先，對10kV高壓開關(guān)柜內(nèi)的溫度及濕度環(huán)境進行調(diào)整，尤其對于近海地區(qū)空氣鹽分含量偏高的情況，要盡可能降低開關(guān)柜斷路器絕緣材料受鹽分水汽的腐蝕，檢修人員在對10 kV高壓開關(guān)柜進行檢修時，要尤其注重對一二次進線口封堵情況的檢查，同時還要及時檢查開關(guān)柜的通風系統(tǒng)。對于空氣濕度較大的地區(qū)，要注重對除濕設(shè)備的設(shè)置，以實現(xiàn)對環(huán)境濕度的有效改善。其次，要有效改善開關(guān)柜中的電場分布情況，實現(xiàn)對柜內(nèi)電場強度的有效降低。因此，在設(shè)計開關(guān)柜及其斷路器和互感器時，倒角圓滑的銅排往往是彼此間相互連接銅排的最好選擇。同時還可以對開關(guān)柜與斷路器之間的銅排進行適當調(diào)整。此外，為有效緩解和消除電暈，還可以對絕緣層采取具備增厚措施，涂抹防污閃涂料也是一種不錯的選擇[8]。

4 結(jié)束語

總而言之，一旦10 kV高壓開關(guān)柜產(chǎn)生電暈，整個電力系統(tǒng)的性能都會受到嚴重影響，不僅會增加電力工程成本開支，而且易對作業(yè)人員的安全造成威脅?；诖耍瑸橛行Ы档烷_關(guān)柜產(chǎn)生電暈現(xiàn)象的危害，重點對10 kV高壓開關(guān)柜產(chǎn)生電暈現(xiàn)象的原理及特征進行深入研究分析，并提出針對性處理措施，以期能有效降低高壓開關(guān)柜電暈問題發(fā)生概率，更好的維護電力系統(tǒng)的正常運行。