淺談10kV開關(guān)柜中常見的絕緣問題

陳平華

（赫茲曼電力（廣東）有限公司，廣東 佛山 528300）

0 引言

我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)水平自改革開放以來一直處于穩(wěn)步增長(zhǎng)的狀態(tài)，經(jīng)濟(jì)建設(shè)水平的增長(zhǎng)在不斷增強(qiáng)綜合國(guó)力的同時(shí)，也推動(dòng)國(guó)內(nèi)各項(xiàng)設(shè)施的完善與進(jìn)步，其中就包括國(guó)民能源支柱的電力行業(yè)。從另一角度來看，經(jīng)濟(jì)發(fā)展極大地豐富了人們的物質(zhì)生活，也使人們開始對(duì)質(zhì)量有更高的要求，在電力事業(yè)中就體現(xiàn)為電力供應(yīng)的穩(wěn)定性與高質(zhì)量。我國(guó)現(xiàn)行的電力輸送方式以高電壓為主，就必然要用到高壓開關(guān)柜，然而10kV開關(guān)柜本身長(zhǎng)期在高電壓、大電流環(huán)境下的工作特點(diǎn)使得其難免會(huì)出現(xiàn)各類故障，其中絕緣問題的出現(xiàn)極大地影響了10kV開關(guān)柜的正常運(yùn)行。

110 kV開關(guān)柜的絕緣問題與應(yīng)對(duì)策略

由于部分生產(chǎn)廠家過于重視短期的經(jīng)濟(jì)效益，在生產(chǎn)10kV開關(guān)柜時(shí)會(huì)出現(xiàn)盲目壓縮生產(chǎn)成本、肆意控制生產(chǎn)技術(shù)的情況，導(dǎo)致出產(chǎn)的開關(guān)柜產(chǎn)品很容易出現(xiàn)不符合合格標(biāo)準(zhǔn)的情況[1]?；谶@種現(xiàn)象，開關(guān)柜設(shè)計(jì)制造過程中應(yīng)深入分析提升絕緣能力的方法，進(jìn)而確保開關(guān)柜運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性。當(dāng)前開關(guān)柜面臨的絕緣問題主要包括以下幾種。

（1）開關(guān)柜內(nèi)部各相導(dǎo)體之間的最小距離沒能滿足相應(yīng)規(guī)范要求，通常情況下10kV供電系統(tǒng)中各相導(dǎo)體之間的距離及對(duì)地最小距離不能少于125mm，但就當(dāng)前多數(shù)開關(guān)柜內(nèi)部的布局及配置情況來看，導(dǎo)體間的距離不僅不符合相關(guān)規(guī)范，甚至未曾加裝絕緣強(qiáng)化設(shè)備或是應(yīng)用應(yīng)有的絕緣措施；

（2）以凝露為首的潮濕問題，眾所周知，環(huán)境導(dǎo)致的潮濕問題會(huì)極大地影響設(shè)備絕緣能力，而在晝夜溫差過大的天氣或地區(qū)，開關(guān)柜內(nèi)外形成凝露的現(xiàn)象十分常見，進(jìn)而影響開關(guān)柜整體的絕緣能力；

（3）應(yīng)用的材料性能不足，開關(guān)柜中應(yīng)用的絕緣件多以環(huán)氧樹脂制成，這種材料的制作工藝與原材料均會(huì)影響其絕緣性能，品質(zhì)較低的環(huán)氧樹脂絕緣件雖然也具有一定的絕緣能力，但與開關(guān)柜要求的絕緣標(biāo)準(zhǔn)仍具有一定差距；

（4）絕緣爬距不足也是影響開關(guān)柜絕緣性能的重要因素，以高壓開關(guān)柜為例，高壓開關(guān)柜中為各個(gè)金屬組件提供絕緣構(gòu)件支撐，但處理工藝上的缺陷使絕緣構(gòu)件的絕緣爬距比較小，無法滿足電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中爬電距離不小于240mm的要求。

結(jié)合上述問題來看，要使10kV開關(guān)柜內(nèi)部元部件的絕緣缺陷得到有效處理，提升10kV開關(guān)柜運(yùn)行的安全性與可靠性，可嘗試采用以下幾方面措施：①調(diào)整開關(guān)柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)及布局，使之各元件的最小絕緣距離滿足相應(yīng)規(guī)范要求及標(biāo)準(zhǔn)；②視情況在開關(guān)柜內(nèi)加設(shè)除濕裝置，使凝露現(xiàn)象得到緩解或有效控制，保證開關(guān)柜在經(jīng)過改造后能夠滿足電力系統(tǒng)防凝露型開關(guān)柜的標(biāo)準(zhǔn)；③更換所有不符合要求的電流互感器、電壓互感器以及帶電顯示裝置，確保開關(guān)柜中各元器件滿足電力供應(yīng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及要求；④完全徹查開關(guān)柜中存在的絕緣裝置，深入檢測(cè)絕緣子的絕緣性能，確保應(yīng)用的材料及制作的絕緣子滿足絕緣要求及標(biāo)準(zhǔn)。

2 提升開關(guān)柜絕緣水平的措施

出于獲取更多經(jīng)濟(jì)利益的考量，生產(chǎn)廠商希望能夠以最少的成本實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能的最大化，這就意味著廠家方面必須做好生產(chǎn)工序的合理調(diào)整、生產(chǎn)技術(shù)的有效應(yīng)用及原材料性價(jià)比甄選三方面工作，此外在日常工作中還需強(qiáng)化開關(guān)柜運(yùn)行維護(hù)的力度，以提升維護(hù)工作的有效性，最大限度確保開關(guān)柜使用壽命接近理論值。要做到以上內(nèi)容，可采用的措施有以下幾種：首先必須嚴(yán)格遵循相關(guān)安裝施工技術(shù)規(guī)范，處理好開關(guān)柜的安全防護(hù)工作，從根本上杜絕絕緣事故發(fā)生的可能，由于開關(guān)柜外殼及框架多以金屬材料制成，而柜內(nèi)的元器件又含有大量的金屬結(jié)構(gòu)，因此必須按照相應(yīng)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行接地處理，同時(shí)要確保接地部分的牢固性與穩(wěn)定性。除此之外，開關(guān)柜內(nèi)各高壓電器元件組件間的間隔部分也多為金屬質(zhì)地，因此這部分內(nèi)容必須從材料、結(jié)構(gòu)上保證其強(qiáng)度，其接地的可靠性也需要得到有效保障，尤其支撐部件要具有能夠有效抗衡強(qiáng)外力作用的性能及穩(wěn)定性，不會(huì)輕易因?yàn)橥饬σ蛩卦斐尚巫兓蛄呀?，柜上儀表及繼電器要具有足夠的穩(wěn)定性，不會(huì)因?yàn)閿嗦菲?、?fù)荷開關(guān)及接觸器接受外部操作時(shí)產(chǎn)生的力與振動(dòng)受到影響，電流互感器與電壓互感器的安裝位置要審慎選擇，使之便于日常檢查與巡檢工作；其次開關(guān)柜配件的選用要確保配件材料具有優(yōu)秀的防水性、阻燃性及絕緣性能，能將外界因素產(chǎn)生的影響控制在最低限度，同時(shí)還要注意材料的節(jié)能環(huán)保性能，應(yīng)盡可能選擇具有較大爬距的絕緣件，為保證開關(guān)柜絕緣性能滿足相應(yīng)要求且能夠有效適應(yīng)使用環(huán)境，需要在開關(guān)柜投入實(shí)際使用之前在凝露條件下進(jìn)行耐壓試驗(yàn)[3]；再次開關(guān)柜內(nèi)部的帶電體需應(yīng)用熱縮橡膠加以包裝。這種做法能極大地提升開關(guān)柜運(yùn)行的安全性，能夠在防止人員操作誤觸的基礎(chǔ)上保證開關(guān)柜帶電免受腐蝕或是絕緣失效的侵?jǐn)_。此外內(nèi)部隔板架的選擇也需要應(yīng)用耐燃性強(qiáng)、絕緣性能優(yōu)越的材料，而電流互感器則需要注意是否會(huì)在在線電流下呈現(xiàn)出顯著飽和，選用不會(huì)出現(xiàn)明顯飽和的電流互感器；最后，開關(guān)柜的各項(xiàng)設(shè)備規(guī)格及應(yīng)用技術(shù)必須遵循高壓輸變電設(shè)備規(guī)范中的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，包括耐受電壓的規(guī)范、爬電比距的規(guī)定以及最小空氣絕緣距離的界定等，而開關(guān)柜的日常維護(hù)工作也需要得到強(qiáng)化，進(jìn)而保障開關(guān)柜的絕緣水平能夠始終維持在良好的狀態(tài)下，能確保開關(guān)柜內(nèi)部所有設(shè)備得以穩(wěn)定運(yùn)行，可視情況加裝過濾網(wǎng)過濾空氣中可能進(jìn)入的粉塵及細(xì)小雜質(zhì)，而電線走線的管道接口處可應(yīng)用阻燃絕緣材料加以封補(bǔ)，以防水汽與小動(dòng)物鉆入，保證開關(guān)柜內(nèi)部環(huán)境的密封性[4]。

3 可應(yīng)用的開關(guān)柜絕緣方式與絕緣技術(shù)分析

當(dāng)前開關(guān)柜可應(yīng)用的絕緣方式為數(shù)眾多，如果以空間類型為主要區(qū)分方法，則可分為對(duì)開關(guān)柜內(nèi)部空間的絕緣策略與開關(guān)柜內(nèi)部元器件的絕緣策略。內(nèi)部元器件的絕緣策略通常應(yīng)用陶瓷與塑料兩種絕緣材料，應(yīng)用這些材料為開關(guān)柜內(nèi)部組件制作固體絕緣件，以實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)部絕緣的目的[5]。隨著當(dāng)前科研技術(shù)的發(fā)展，各類型的特種陶瓷逐漸成為實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜絕緣的主要固體絕緣材料，而塑料材料則多倍應(yīng)用在高壓、超高壓及特高壓工作特征的開關(guān)柜中。

內(nèi)部空間的絕緣多以有效應(yīng)用氣體為主，以六氟化硫氣體為首的各類具有強(qiáng)絕緣能力的氣體會(huì)被用于填充進(jìn)充氣柜內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)柜內(nèi)帶電體對(duì)地與相間的絕緣，這種方式在惡劣環(huán)境條件下尤其適用。比起純粹以空氣實(shí)現(xiàn)絕緣的開關(guān)柜而言，六氟化硫氣體的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在受外界環(huán)境影響較小、體積更小、具有高度安全性等，同時(shí)還對(duì)操作人員的安全保護(hù)有積極作用。

而為了進(jìn)一步提升開關(guān)柜的絕緣功能及性能，有效結(jié)合不同開關(guān)柜絕緣方式的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)前已經(jīng)研制出一種全新的組合技術(shù)。該技術(shù)結(jié)合了多種方式實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜的絕緣效果，因此被稱為復(fù)合型絕緣技術(shù)。就復(fù)合型絕緣技術(shù)的發(fā)展來看，較常見的應(yīng)用方式分為以下三種：

（1）同時(shí)應(yīng)用固體、氣體及真空技術(shù)形成的復(fù)合絕緣技術(shù)，該技術(shù)的特點(diǎn)是應(yīng)用澆注固體絕緣件作為外部封閉容器，同時(shí)其絕緣件會(huì)設(shè)置表面接地層，隨后將真空滅弧室設(shè)置在容器外部封閉容器之內(nèi)，對(duì)于容器內(nèi)部真空滅弧室之外的其他空間則應(yīng)用填充六氟化硫氣體的方法，這種方法能夠有效縮減開關(guān)柜整體的體積，使其體積僅相當(dāng)于應(yīng)用空氣絕緣開關(guān)柜的1/30大小，大幅減少了開關(guān)柜體積的同時(shí)，也在最大限度提升開關(guān)柜的安全性。

（2）將氣體作為主要介質(zhì)的復(fù)合絕緣技術(shù)，在對(duì)六氟化硫氣體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，科研技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)六氟化硫氣體承受一定壓力時(shí)，其所產(chǎn)生的絕緣性能與空氣中的絕緣性能相同?；诖耍蒲腥藛T借助在放電路徑上設(shè)置不同數(shù)量、不同規(guī)模絕緣隔板的做法，有效實(shí)現(xiàn)對(duì)電場(chǎng)的改善，也使開關(guān)柜整體的耐受電壓獲得了相應(yīng)提升，但在應(yīng)用這一方法的時(shí)候需要注意的是，隔板的形狀直接關(guān)系六氟化硫氣體的絕緣效果，因此對(duì)隔板形狀的篩選需要審慎選擇。

（3）將空氣介質(zhì)作為主體的復(fù)合絕緣技術(shù)，該技術(shù)將空氣作為主要絕緣介質(zhì)，在原理上是通過縮小相間的絕緣間距實(shí)現(xiàn)絕緣，具體做法是在放電路徑上鋪設(shè)以特種樹脂固體制成的絕緣板，來實(shí)現(xiàn)對(duì)絕緣間距的控制，進(jìn)而全面提升開關(guān)柜內(nèi)部的絕緣性能。

4 結(jié)語

結(jié)合上述內(nèi)容來看，隨著當(dāng)今社會(huì)的長(zhǎng)足發(fā)展，10kV開關(guān)柜已經(jīng)成為供電系統(tǒng)中的主要結(jié)構(gòu)部分，所處的環(huán)境也具有一定的復(fù)雜性，導(dǎo)致10kV開關(guān)柜的絕緣問題已經(jīng)成為影響其運(yùn)行的重要問題。針對(duì)這種情況，需要深入分析10kV開關(guān)柜的性能、絕緣問題產(chǎn)生的原因及發(fā)生的可能性，通過優(yōu)化開關(guān)柜制作材料、謹(jǐn)慎選擇生產(chǎn)制造技術(shù)、做好運(yùn)行中的維護(hù)保養(yǎng)工作以及強(qiáng)化新絕緣技術(shù)、絕緣材料的開發(fā)應(yīng)用等策略，來實(shí)現(xiàn)10kV開關(guān)柜絕緣性能的提升，有效解決絕緣問題，為整個(gè)社會(huì)提供安全、穩(wěn)定、可靠的供電環(huán)境，進(jìn)而從能源層面推動(dòng)社會(huì)的發(fā)展。