電力高壓開關(guān)柜絕緣故障的分析

王鐵軍

摘要：隨著中國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，對(duì)電力和能源的需求日益增加。作為配電系統(tǒng)中的主要設(shè)備，高壓開關(guān)設(shè)備的數(shù)量越來越多。高壓開關(guān)設(shè)備的運(yùn)行可靠性直接影響整個(gè)線路系統(tǒng)的安全性和效率。絕緣作為高壓開關(guān)柜最基本的性能，經(jīng)常出現(xiàn)在各種安全故障中，所占比例很大，造成嚴(yán)重的故障后果?？偨Y(jié)絕緣故障的類型，探討和分析故障原因，并提出相應(yīng)的有效預(yù)防措施，以提高開關(guān)柜和電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。

關(guān)鍵詞：高壓開關(guān)柜;絕緣故障;防范措施

1.絕緣故障的常見原因及分析

1.1絕緣距離不符合要求

相導(dǎo)線或相對(duì)地之間的絕緣距離不符合要求，導(dǎo)致絕緣故障。比如高壓開關(guān)柜中銅排的螺栓尖端對(duì)外殼放電;電纜室內(nèi)的A相或C相導(dǎo)線對(duì)機(jī)柜側(cè)板上的二次元件進(jìn)行放電;斷路器的觸頭臂使觸頭盒或金屬閥的安裝板放電，這些絕緣故障是由于絕緣距離不夠造成的。絕緣部件表面爬電距離的設(shè)計(jì)或設(shè)計(jì)余量不足，容易導(dǎo)致絕緣擊穿和絕緣失效。

1.2高壓開關(guān)設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境惡劣

空氣濕度大，容易在絕緣子表面形成凝露，或者被一層水蒸氣覆蓋，絕緣子表面容易閃絡(luò);絕緣部件表面積灰嚴(yán)重，容易引起沿絕緣表面的爬電，造成絕緣擊穿;空氣中腐蝕性成分高，絕緣層長(zhǎng)期被侵蝕破壞，絕緣能力降低，容易造成絕緣故障。

1.3設(shè)備作業(yè)區(qū)的海拔高度高于制造區(qū)

隨著海拔的升高，大氣壓力降低，空氣密度降低，空氣絕緣強(qiáng)度減弱，使絕緣子表面的絕緣能力減弱，外絕緣的放電電壓降低，容易發(fā)生絕緣擊穿或閃絡(luò)等破壞性放電現(xiàn)象。隨著海拔的升高，機(jī)柜散熱能力變差，機(jī)柜內(nèi)溫度升高，加速絕緣老化。

1.4高壓開關(guān)柜的局部放電不符合要求

開關(guān)柜內(nèi)部絕緣部分的局部放電容量過高，或者整個(gè)開關(guān)柜組裝后的局部放電容量達(dá)不到要求。開關(guān)柜在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，絕緣子局部區(qū)域處于長(zhǎng)期放電狀態(tài)，絕緣性能逐漸下降，最終喪失絕緣能力，造成絕緣故障。

1.5過電壓引起的絕緣故障

過電壓一般包括雷電過電壓和電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓[4]。雷電過電壓包括直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓，導(dǎo)致保護(hù)跳閘、斷線停電損失、設(shè)備絕緣能力不足、絕緣故障。電力系統(tǒng)中的過電壓一般包括運(yùn)行過電壓和諧振過電壓，它們通常超過正常運(yùn)行電壓，對(duì)線路和設(shè)備造成絕緣損壞，并引起故障。

2.改進(jìn)和預(yù)防措施

2.1滿足設(shè)計(jì)中的安全絕緣爬高距離和空氣絕緣凈距

高壓開關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造應(yīng)按照國家電網(wǎng)典型設(shè)計(jì)圖紙的要求進(jìn)行，并符合DL/T593-2016《高壓開關(guān)設(shè)備及控制設(shè)備通用技術(shù)要求》標(biāo)準(zhǔn)[1]的要求。爬電距離應(yīng)滿足最小標(biāo)稱均勻爬電比：≥×18毫米/千伏（瓷絕緣）和≥×20毫米/千伏（有機(jī)絕緣）。根據(jù)國家電網(wǎng)公司《十八大反故障措施》的要求，新安裝的開關(guān)柜禁止使用絕緣隔板，即使母線裝有絕緣護(hù)套和熱收縮絕緣材料，也應(yīng)滿足空氣絕緣凈距的要求。開關(guān)設(shè)備應(yīng)進(jìn)行冷凝和污染測(cè)試。對(duì)于銅排的搭接部分，應(yīng)設(shè)置絕緣罩，以滿足絕緣要求。

2.2確保高壓開關(guān)設(shè)備的良好運(yùn)行環(huán)境

根據(jù)《國家電網(wǎng)公司十八大反故障措施》要求，配電室環(huán)境溫度超過5℃～30℃，應(yīng)配備空調(diào)等有效的溫控設(shè)施;當(dāng)日最大相對(duì)濕度超過95%或月最大相對(duì)濕度超過75%時(shí)，應(yīng)提供除濕器或空調(diào)。配電室排氣扇的控制開關(guān)應(yīng)在室外。開關(guān)柜內(nèi)可增加除濕器或加熱器，控制柜內(nèi)運(yùn)行環(huán)境濕度;對(duì)于4000A以上的大電流開關(guān)柜，應(yīng)在柜內(nèi)安裝風(fēng)扇進(jìn)行風(fēng)冷，以滿足柜內(nèi)的溫升要求，降低絕緣部件的老化程度。對(duì)于配電室環(huán)境，還應(yīng)安裝相應(yīng)的設(shè)備來控制運(yùn)行環(huán)境，保證電力設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，降低故障率。

2.3增加過電壓保護(hù)措施

項(xiàng)目前期設(shè)計(jì)需要考慮雷暴是否頻繁發(fā)生，空載變壓器是否切除，是否會(huì)有諧振過電壓等。如有必要，必須采取保護(hù)措施限制過電壓。如安裝避雷針、避雷器、電抗器、合理選擇元件、提高開關(guān)動(dòng)作的同步性等，并配合合理的絕緣設(shè)計(jì)，可以保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

2.4控制絕緣零件質(zhì)量，優(yōu)化開關(guān)柜設(shè)計(jì)

根據(jù)國家電網(wǎng)公司《十八大反故障措施》的要求，絕緣部件必須經(jīng)過局部放電試驗(yàn)后才能組裝，要求單個(gè)絕緣部件在試驗(yàn)電壓下的局部放電量不超過3pC。整個(gè)開關(guān)柜的局部放電要求可參考GB/T 3906-2020 2.6 kV-40.5 kV交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備及控制設(shè)備[5]附錄F.5，嚴(yán)格控制絕緣部分質(zhì)量，優(yōu)化導(dǎo)體與絕緣部分重疊氣隙設(shè)計(jì)，滿足局部放電值要求。

2.5制造商應(yīng)制定組裝操作和出廠檢驗(yàn)的規(guī)范

開關(guān)設(shè)備制造商應(yīng)制定相關(guān)操作規(guī)程，加強(qiáng)制造過程檢驗(yàn)，制定標(biāo)準(zhǔn)的成品檢驗(yàn)規(guī)范，并提供相應(yīng)的出廠檢驗(yàn)報(bào)告。在物流包裝中，制造商也應(yīng)該有標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范來確保產(chǎn)品在運(yùn)輸過程中的安全性和可靠性。

2.6定期維護(hù)和修理，加強(qiáng)監(jiān)督

在高壓開關(guān)柜運(yùn)行階段，要加強(qiáng)設(shè)備的檢查和維護(hù)，定期清潔通風(fēng)，檢查絕緣部件的老化和損壞，及時(shí)更換，防止其發(fā)生。高壓開關(guān)柜運(yùn)行前，應(yīng)堵住電纜室的電纜孔，防止小動(dòng)物進(jìn)入柜內(nèi)。客戶可以增加對(duì)制造商產(chǎn)品的抽樣頻率，或者在工廠進(jìn)行監(jiān)督和驗(yàn)收，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。

2.7使用科學(xué)合理的保溫材料

國內(nèi)大部分12kV～40.5kV高壓開關(guān)柜，所用的絕緣材料需要具有成本低、耐腐蝕性好的特點(diǎn)。根據(jù)國家電網(wǎng)公司《十八大反故障措施》的要求，開關(guān)柜內(nèi)所有絕緣部件均應(yīng)采用阻燃絕緣材料，阻燃等級(jí)應(yīng)達(dá)到V0級(jí)。對(duì)于高壓開關(guān)設(shè)備中的重要絕緣設(shè)備，如穿墻套管、支撐絕緣子、觸頭盒等部件，應(yīng)選用SMC或環(huán)氧樹脂等材料，并在材料選擇過程中加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督，確保絕緣零件的質(zhì)量。

2.8嚴(yán)格遵循相關(guān)行業(yè)規(guī)范

近年來，國家對(duì)高壓開關(guān)設(shè)備的運(yùn)行規(guī)范進(jìn)行了規(guī)定，以保證高壓開關(guān)設(shè)備運(yùn)行過程的穩(wěn)定性。在具體實(shí)施中，制造商應(yīng)控制組件的質(zhì)量，以確保它們?cè)谑褂们巴ㄟ^相關(guān)測(cè)試[6]。部件正式組裝前，表面應(yīng)干燥、無塵，并選擇合適的緊固件進(jìn)行連接。在監(jiān)控方面，可以加強(qiáng)通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和傳感技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓開關(guān)柜的實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并排除故障，有效避免故障的發(fā)生。

3.結(jié)束語

高壓開關(guān)設(shè)備的絕緣故障是可以控制和避免的。通過各種優(yōu)化和預(yù)防措施，制定了一系列制造和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求控制供應(yīng)商的產(chǎn)品質(zhì)量，加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)管理。可以降低故障率，從而提高高壓開關(guān)柜運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，在很大程度上保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求：Dl/T593[s].國家能源局，2016.

[2]高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求：GB/T11022[s].中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，2011.

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