一起35kV開關(guān)柜電纜絕緣氣隙放電原因分析

周 杰，歐陽年會(huì)，劉錦偉，陳天擎，黎心強(qiáng)

（國網(wǎng)江西省電力有限公司宜春供電分公司，江西 宜春 336000）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)電力能源的依賴越來越高，同時(shí)對(duì)電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性也提出了更高的要求。高壓開關(guān)柜被廣泛應(yīng)用于電力的發(fā)、輸、配領(lǐng)域，是變電站向大用戶或配網(wǎng)輸送電力資源的重要設(shè)備之一，其安全性及可靠性要求越來越高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電力設(shè)備的大多數(shù)故障為絕緣性故障，在高電場(chǎng)、熱效力等各種因素作用下，劣化缺陷最終發(fā)展成絕緣性故障。對(duì)高壓開關(guān)柜進(jìn)行跟蹤帶電檢測(cè)，可以獲得設(shè)備絕緣變化的信息，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀況提供合理的診斷及檢修策略；同時(shí)也克服了傳統(tǒng)停電試驗(yàn)的局限性。本文通過采用超聲波檢測(cè)、暫態(tài)地電壓及特高頻聯(lián)合檢測(cè)手段成功發(fā)現(xiàn)一起35 kV開關(guān)柜電纜內(nèi)部絕緣氣隙放電缺陷，通過對(duì)開關(guān)柜停電檢查并發(fā)現(xiàn)放電部位，分析了該開關(guān)柜放電的原因，并提出有效解決措施。

1 35 kV開關(guān)柜檢測(cè)過程

1.1 超聲波局放檢測(cè)過程

2018年4月29日，對(duì)某110 kV變電站35 kV高壓室開關(guān)柜進(jìn)行超聲波局放檢測(cè)，測(cè)試高壓室背景噪聲值為-10 dB，頻率成分1/頻率成分2相關(guān)性均為0 dB。檢至35 kV銅升光伏323開關(guān)柜后柜門電纜室散熱孔位置時(shí)，檢測(cè)到一個(gè)幅值最大的超聲波信號(hào)源，對(duì)超聲波特征圖譜數(shù)據(jù)分析可知，如圖1所示，超聲波周期最大值為20 dB，頻率成分2大于頻率成分1；相位圖具有聚集效應(yīng)；波形圖譜中，每組波形形態(tài)各不相同，且波形不穩(wěn)定，文獻(xiàn)[1]中提出初步判斷具有沿面放電特征且伴有少量絕緣氣隙放電特征。根據(jù)開關(guān)柜超聲波檢測(cè)結(jié)果及開關(guān)柜結(jié)構(gòu)，初步判斷35 kV銅升光伏323開關(guān)柜電纜室疑似存在放電異常。具體放電類型應(yīng)結(jié)合停電解體和特高頻來確定。

圖1 35 kV銅升光伏線323開關(guān)柜電纜室超聲波圖譜

1.2 暫態(tài)地電壓檢測(cè)過程

采用暫態(tài)地電壓測(cè)試手段，測(cè)得暫態(tài)地電壓空氣金屬背景幅值為9 dB（測(cè)點(diǎn)位置：高壓室金屬門及窗口）、接地金屬背景為10 dB（測(cè)點(diǎn)位置：備用柜側(cè)面中部）。對(duì)323開關(guān)柜及鄰近322開關(guān)柜的暫態(tài)地電壓檢測(cè)結(jié)果做出橫向比較，如表1所示。

表1 323開關(guān)柜與鄰近開關(guān)柜暫態(tài)地電壓局部放電幅值dB

從表2橫向?qū)Ρ冉Y(jié)果可以看出，35 kV銅升光伏線323開關(guān)柜在后下部位暫態(tài)地電壓局部放電幅值均較臨近側(cè)開關(guān)柜相差不大，同時(shí)與背景值相差不大。認(rèn)為暫態(tài)地電壓無法驗(yàn)證該處放電異常。

1.3 特高頻局放檢測(cè)過程

采用PDS-T90型局放測(cè)試儀特高頻檢測(cè)功能進(jìn)行驗(yàn)證檢測(cè)，通過高壓室門口測(cè)取了空氣背景，判斷確無干擾信號(hào)。隨后對(duì)35 kV銅升光伏線323開關(guān)柜及相鄰開關(guān)柜進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試點(diǎn)位于后下部散熱孔及觀察窗處，其特高頻PRPD/PRPS圖譜及UHF周期圖譜如圖2所示。

圖2 特高頻PRPD、PRPS圖譜及UHF周期圖譜

分析：根據(jù)特高頻圖譜特征圖譜可以看出，35 kV銅升光伏線323開關(guān)柜后柜觀察窗處檢測(cè)到異常特高頻信號(hào)，每周期兩簇，具有局放特征，幅值有大有小。文獻(xiàn)[2]結(jié)合圖譜特征與檢測(cè)部位判斷為絕緣氣隙放電類型。

2 停電處理與放電原因分析

2.1 停電檢查

根據(jù)超聲波檢測(cè)結(jié)果及特高頻驗(yàn)證，判斷35 kV銅升光伏323開關(guān)柜電纜室存在局部放電危急缺陷。運(yùn)維人員立即對(duì)該開關(guān)柜申請(qǐng)停電處理，同時(shí)安排檢修人員對(duì)該開關(guān)柜后柜門電纜室進(jìn)行開柜檢查，如圖3所示。發(fā)現(xiàn)35 kV銅升光伏323開關(guān)柜電纜護(hù)套存在明顯放電痕跡，電纜熱縮套表面局部嚴(yán)重受損，有碳化現(xiàn)象，解體后發(fā)現(xiàn)電纜主絕緣被破壞，由于主絕緣與護(hù)套表面形成放電通道，使得絕緣氣隙放電和沿面放電伴隨存在。

圖3 開關(guān)柜停電檢查照片

檢修人員將三相電纜護(hù)套進(jìn)行解體，截去絕緣受損部分，并重新制作電纜頭和護(hù)套。對(duì)其進(jìn)行絕緣電阻和串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果合格后送電并進(jìn)行復(fù)測(cè)，測(cè)試結(jié)果正常，可知為同一放電源，該開關(guān)柜缺陷消除。

2.2 放電原因分析

對(duì)電纜進(jìn)行解剖，電纜剖面示意圖如圖4所示，發(fā)現(xiàn)電纜熱縮套和半導(dǎo)電層之間存在氣隙。分析認(rèn)為安裝電纜終端時(shí)由于使用刀具剖切外半導(dǎo)電層后將它剝離，由于施工質(zhì)量不良，在電纜主絕緣表面留下刀痕氣隙，加之施工時(shí)間控制嚴(yán)格，刀痕處理一般較為粗糙，加上該電纜護(hù)套為熱縮材料，在制作過程中工藝不良，在用噴燈加熱收縮固定時(shí)，造成局部加熱不均勻，使得絕緣護(hù)套與電纜主絕緣之間銜接過程中留有氣隙，導(dǎo)致氣隙缺陷的存在。

圖4 電纜剖面圖

根據(jù)介電常數(shù)ε＝D/E，相對(duì)介電常數(shù)εr＝ε/ε0，可知在一個(gè)交變的電場(chǎng)作用下，相對(duì)介電常數(shù)與電介質(zhì)的電場(chǎng)強(qiáng)度成反比。對(duì)于含有氣隙的電纜終端絕緣，由于空氣的相對(duì)介電常數(shù)εr=1，交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的相對(duì)介電常數(shù)εr=2.3，相對(duì)介電常數(shù)的突變?cè)斐呻妶?chǎng)強(qiáng)度的畸變，造成氣隙電場(chǎng)強(qiáng)度大于周圍電場(chǎng)強(qiáng)度。同時(shí)，由于電勢(shì)在半導(dǎo)電層處降落至地電位，所以氣隙靠近半導(dǎo)電層處位置的電場(chǎng)更強(qiáng)，電場(chǎng)強(qiáng)度最大值Emax也出現(xiàn)在該位置，此處更容易發(fā)生局部放電。從電場(chǎng)方向上分析，氣隙電場(chǎng)方向與電纜徑向大致相同，由于放電是電場(chǎng)作用下的電荷行為，所以放電集中區(qū)域的氣隙通道應(yīng)主要沿電纜徑向通道發(fā)展。

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)部加熱裝置失效以及開關(guān)柜底部沒有封堵好，電纜溝存在積水，使得開關(guān)柜底部潮氣嚴(yán)重，在電壓和潮氣的長(zhǎng)期作用下，加速了絕緣強(qiáng)度的降低，最終在氣隙缺陷處絕緣擊穿。

3 主要治理措施

3.1 改善運(yùn)行環(huán)境

開關(guān)柜內(nèi)部完善除濕通風(fēng)系統(tǒng)，如在開關(guān)柜內(nèi)增裝防凝露裝置、加熱板、柜頂風(fēng)機(jī)，在各隔室頂部開百葉窗通風(fēng)孔等措施。另外，高壓室進(jìn)線電纜孔、通往旁邊高壓室電纜溝、每個(gè)開關(guān)間隔電纜坑間用瘦水泥進(jìn)行封堵；開關(guān)柜進(jìn)線電纜孔及封板用防火泥封堵。在高壓室配備工業(yè)抽濕機(jī)或空調(diào)機(jī)，用以驅(qū)潮。還有，該變電站高壓室電纜溝外高內(nèi)地，雨水比較容易進(jìn)入電纜溝形成積水，應(yīng)及時(shí)清理電纜溝內(nèi)積水，并在高壓室外設(shè)置滲水井，防止雨水進(jìn)入電纜溝。

3.2 加強(qiáng)日常維護(hù)及檢修

巡視時(shí)，若發(fā)現(xiàn)有開關(guān)柜放電，則應(yīng)及時(shí)處理。在相對(duì)濕度不小于85%時(shí)，必須檢查以下情況：高壓室處于密封狀態(tài)；抽濕機(jī)或空調(diào)機(jī)開啟并處于抽濕狀態(tài)；全部開關(guān)柜驅(qū)潮裝置工作正常并處于開啟狀態(tài)。此外，日常巡視需檢查溫濕度控制器是否正常，潮濕季節(jié)應(yīng)切換為手動(dòng)模式長(zhǎng)期投入。

設(shè)備停電檢修時(shí)，檢查溫濕度控制器功能是否正常，用酒精擦拭高壓設(shè)備表面，清掃設(shè)備表面的灰塵和潮氣，并在絕緣擋板表面涂防污閃涂料或更換絕緣擋板，及時(shí)恢復(fù)設(shè)備的外絕緣，防止設(shè)備間發(fā)生放電故障。定期進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)，如對(duì)開關(guān)柜定期開展TEV（暫態(tài)對(duì)地電壓）及超聲波檢測(cè)，以趁早發(fā)現(xiàn)局部放電，做到早發(fā)現(xiàn)早處理。

3.3 嚴(yán)把設(shè)備安裝及驗(yàn)收關(guān)

針對(duì)設(shè)備安裝人員必須經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)及考試合格，方可進(jìn)行設(shè)備安裝。由于安裝人員工藝水平參差不齊，在使用熱縮材料制作時(shí)往往工藝達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)；故在電纜護(hù)套制作時(shí)，建議使用冷縮材料。必須考慮當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境和氣候條件，加裝適當(dāng)?shù)某凉衿骱图訜嵫b置，且絕緣材料應(yīng)符合運(yùn)行要求。在驗(yàn)收過程中，嚴(yán)格按照國網(wǎng)變電“五通”標(biāo)準(zhǔn)，在源頭處將隱患根本消除。

3.4 嚴(yán)控進(jìn)貨質(zhì)量

購買設(shè)備時(shí)，在技術(shù)條件書中明確通風(fēng)、加熱除潮的要求，嚴(yán)把設(shè)備招標(biāo)關(guān)，并進(jìn)行設(shè)備監(jiān)造。

4 結(jié)語

在高壓開關(guān)柜的正常運(yùn)行過程中，其容易受內(nèi)部元件、運(yùn)行環(huán)境等各種因素影響，引發(fā)設(shè)備故障致使電網(wǎng)無法正常運(yùn)行。若能完全按照高壓開關(guān)柜的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、檢修標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，并加強(qiáng)對(duì)開關(guān)柜帶電檢測(cè)工作，可以發(fā)現(xiàn)早期缺陷，以及利用其它有效措施，從而降低高壓開關(guān)柜發(fā)生故障的頻率，就可以保障電網(wǎng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行。