10-35kV高壓開關(guān)柜絕緣的驗(yàn)證及改進(jìn)方法

南京四方致捷開關(guān)有限公司湖州分公司 馬步青

10-35kV高壓開關(guān)柜絕緣的驗(yàn)證及改進(jìn)方法

南京四方致捷開關(guān)有限公司湖州分公司 馬步青

10-35kV高壓開關(guān)柜在電力系統(tǒng)及工礦企業(yè)供電中應(yīng)用廣泛，其安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，關(guān)系到供電質(zhì)量和供電安全，一旦高壓開關(guān)柜出現(xiàn)絕緣閃絡(luò)事故，影響供電的穩(wěn)定性，甚至造成嚴(yán)重的安全事故。因此有必要對(duì)10-35kV高壓開關(guān)柜進(jìn)行絕緣驗(yàn)證，并采取一定的技術(shù)措施加以改進(jìn)，提升其絕緣水平，從而保證高壓開關(guān)柜運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，保證系統(tǒng)供電的安全、穩(wěn)定、可靠。基于以上，本文結(jié)合實(shí)例分析，簡要分析了10-35kV高壓開關(guān)柜絕緣的驗(yàn)證及改進(jìn)方法。

高壓開關(guān)柜；絕緣閃絡(luò)事故；絕緣水平

1 前言

高壓開關(guān)柜在電力系統(tǒng)及工礦企業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛，其安全運(yùn)行關(guān)系到電網(wǎng)供電的可靠性，關(guān)系到電力生產(chǎn)的安全性。高壓開關(guān)柜因各種原因發(fā)生的絕緣閃絡(luò)事故屢見不鮮，尤其以10-35kV高壓開關(guān)柜為最，輕則造成大范圍用戶停電，重則導(dǎo)致變電所發(fā)生嚴(yán)重火災(zāi)，因此對(duì)10-35kV高壓開關(guān)柜的絕緣驗(yàn)證及技術(shù)改進(jìn)是十分重要，也是十分必要。

2 開關(guān)柜及相關(guān)元部件的絕緣驗(yàn)證

2.1 開關(guān)柜絕緣驗(yàn)證

通過對(duì)當(dāng)前幾種國產(chǎn)型號(hào)的10-35kV高壓開關(guān)柜在常溫、常濕及凝露條件下分別進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)和沖擊耐壓試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜主要存在以下絕緣薄弱環(huán)節(jié)及絕緣缺陷：第一，因?yàn)楦邏洪_關(guān)柜設(shè)計(jì)及制造過程中的缺陷導(dǎo)致開關(guān)柜內(nèi)導(dǎo)體之間及導(dǎo)體對(duì)地的空氣間隙較小，50%沖擊放電電壓不能達(dá)到額定沖擊耐受電壓需求。第二，高壓開關(guān)柜內(nèi)采用了復(fù)合絕緣方式，由于配合不當(dāng)降低了純空氣間隙，從而降低了絕緣水平，導(dǎo)致絕緣閃絡(luò)事故的發(fā)生。第三，一些高壓開關(guān)柜選用的絕緣部件，爬電比距設(shè)計(jì)達(dá)不到全工況絕緣驗(yàn)證試驗(yàn)的要求；采用的絕緣材料質(zhì)量不良，性能不佳，如選用時(shí)只注意絕緣性能，而忽視了耐老化、耐候性、阻燃性等性能；導(dǎo)致在潮濕、污穢等嚴(yán)酷條件下，容易出現(xiàn)絕緣閃絡(luò)事故。

2.2 高壓開關(guān)柜元部件絕緣驗(yàn)證

通過對(duì)高壓開關(guān)柜整體絕緣驗(yàn)證試驗(yàn)可知，在凝露條件下，開關(guān)柜內(nèi)元部件絕緣水平較低是造成其絕緣水平下降的重要原因，為了驗(yàn)證10-35kV高壓開關(guān)柜全工況下的絕緣水平，對(duì)柜內(nèi)各種元部件分別進(jìn)行絕緣驗(yàn)證試驗(yàn)是十分必要的。如凝露絕緣試驗(yàn)和人工污穢耐受電壓試驗(yàn)。在人工污穢耐受壓試驗(yàn)中，采用固體層法，將等值鹽密設(shè)置為0.03毫克/平方厘米，與二級(jí)污穢水平相當(dāng)。驗(yàn)證試驗(yàn)表明，在高壓開關(guān)柜內(nèi)，支柱絕緣子、絕緣拉桿、電流互感器等元部件在工頻凝露耐受壓試驗(yàn)下達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，污閃電壓較低，未達(dá)到相關(guān)要求，分析原因，與外絕緣造型不合理及沿面爬距小有著密不可分的關(guān)系。

3 高壓開關(guān)柜絕緣驗(yàn)證實(shí)例分析——以10kV高壓開關(guān)柜為例

暫態(tài)對(duì)地電壓法、超高頻法是高壓開關(guān)柜絕緣驗(yàn)證的重要方法，但需要注意的是，變電站現(xiàn)場(chǎng)有著復(fù)雜的干擾源，開關(guān)柜絕緣驗(yàn)證難度較大，結(jié)合采用暫態(tài)對(duì)地電壓法與超高頻法能夠取長補(bǔ)短，提升了高壓開關(guān)柜絕緣驗(yàn)證的有效性。

3.1 暫態(tài)對(duì)地電壓法帶電測(cè)試初判局放2010年7月20日，深圳市供電局試驗(yàn)研究所采用暫態(tài)對(duì)地電壓法對(duì)某變電站10kV高壓開關(guān)柜進(jìn)行了絕緣驗(yàn)證，以局部放電帶電測(cè)試為基礎(chǔ)，在對(duì)3號(hào)高壓室開關(guān)柜測(cè)試的過程中，發(fā)現(xiàn)疑似異常局部放電信號(hào)，此高壓室共有23面柜，呈兩排排列，根據(jù)測(cè)試結(jié)果可知，高壓開關(guān)柜的信號(hào)幅值比背景值大，說明信號(hào)來源為開關(guān)柜之內(nèi)，且左排開關(guān)柜信號(hào)幅值比右排高，兩排開關(guān)柜信號(hào)幅值變化趨勢(shì)基本一致，其中左排開關(guān)柜中532BCT柜信號(hào)幅值明顯比其他開關(guān)柜高，且呈現(xiàn)出單邊衰減的特點(diǎn)，因此判斷異常局部放電信號(hào)來源與532BCT柜內(nèi)部［3］。

3.2 超高頻法判斷局放源

2011年3月2日，深圳市供電局試驗(yàn)研究所對(duì)某變電站10kV高壓開關(guān)柜進(jìn)行絕緣驗(yàn)證，采用局部放電帶電測(cè)試，由示波器波形顯示可知，放電相位在90°和180°峰值附近，屬于表面放電圖譜，兩個(gè)探頭的放電脈沖相位一致，可以確定放電源為同一個(gè)。

4 開關(guān)柜絕緣改進(jìn)分析

以上述分析研究為基礎(chǔ)，對(duì)高壓開關(guān)柜絕緣進(jìn)行改進(jìn)，主要包括研制全工況型高壓開關(guān)柜元部件及高壓開關(guān)柜整機(jī)絕緣改進(jìn)兩個(gè)方面：

4.1 全工況型高壓開關(guān)柜元部件的研制

以沿面絕緣技術(shù)為基礎(chǔ)，與相關(guān)廠家進(jìn)行交流合作，針對(duì)10-35kV高壓開關(guān)柜，采用新型加強(qiáng)絕緣型元部件，主要包括互感器、絕緣連接件、支柱絕緣子、觸頭盒及絕緣套管等。在這些元部件中，對(duì)其結(jié)構(gòu)及安裝尺寸進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，使其絕緣爬距得到增加，其中電瓷沿面爬電比距不小于1.8cm/kV，有機(jī)絕緣沿面爬電比距不小于2.0cm/ kV，這就有效提升了這些元部件的絕緣性能。對(duì)這些元部件進(jìn)行工頻、沖擊凝露試驗(yàn)及污穢絕緣試驗(yàn)，絕緣驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果表明，這些元部件在潮濕凝露、高海拔及污穢等惡劣的環(huán)境條件下都能夠滿足絕緣要求。以10kV的KYN28開關(guān)柜采用新型4000A觸頭盒CHN3-12/250S為例，新型觸頭盒優(yōu)化了絕緣層厚度設(shè)計(jì)，外絕緣造型更加合理；靜觸頭與母排采用五顆螺栓固定連接，減小了接觸電阻，減小熱量生成；采用背部增加通風(fēng)孔結(jié)構(gòu)，便于散熱；觸頭盒爬電比距更大，有效提高了高壓開關(guān)柜在凝露、污垢等惡劣環(huán)境下的絕緣性能。

復(fù)合絕緣采用SMC絕緣板，SMC絕緣板是由不飽和聚酯玻璃纖維增強(qiáng)片狀模塑料經(jīng)模壓成型，SMC材料及其SMC模壓制品，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度、阻燃性、耐漏電性好，具有優(yōu)異的電絕緣性能、機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性、耐化學(xué)防腐性性能，對(duì)于改善10-35kV高壓開關(guān)柜絕緣性能有著重要的作用。

4.2 高壓開關(guān)柜整機(jī)絕緣改進(jìn)

就目前來看，國產(chǎn)的10-35kV高壓開關(guān)柜在設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)和絕緣部件選用等方面還存在缺陷或不足，從而導(dǎo)致高壓開關(guān)柜絕緣水平和絕緣性能不佳，因高壓開關(guān)柜絕緣問題導(dǎo)致的絕緣閃絡(luò)事故屢見不鮮。針對(duì)這個(gè)問題，采取如下改進(jìn)措施：①采用絕緣母線，提升母線的絕緣性能，如在35kV的KYN61柜中采用全絕緣母線；②采用加強(qiáng)絕緣型元部件，提升元部件的絕緣性能，優(yōu)先選用新工藝、新材料、結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的優(yōu)質(zhì)絕緣部件；③采用合理的復(fù)合絕緣配合，10kV高壓開關(guān)柜帶電體與絕緣板之間的最小空氣間隙不小于30毫米，35kV高壓開關(guān)柜帶電體與絕緣板之間的最小空氣間隙不小于60毫米，保證高壓開關(guān)柜的絕緣性能；④對(duì)高壓開關(guān)柜內(nèi)的相間和相對(duì)地最小空氣間隙進(jìn)行嚴(yán)格控制，其中10kV高壓開關(guān)柜空氣間隙大于125毫米，35kV高壓開關(guān)柜空氣間隙大于300毫米，防止相間及相對(duì)地放電事故的發(fā)生；⑤采用母線封堵措施，對(duì)開關(guān)柜隔室之間及柜與柜之間的物理空間進(jìn)行有效阻斷，防止事故范圍擴(kuò)大。

經(jīng)過上述改進(jìn)之后，10-35kV高壓開關(guān)柜的絕緣水平大大提升，在常溫條件、常濕條件及凝露條件下，高壓開關(guān)柜都順利通過了工頻、沖擊耐受電壓實(shí)驗(yàn)。

5 結(jié)論

綜上所述，10-35kV高壓開關(guān)柜運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性關(guān)系到整個(gè)變電所供電的可靠性，因此有必要對(duì)高壓開關(guān)柜進(jìn)行絕緣驗(yàn)證，本文結(jié)合實(shí)例分析了高壓開關(guān)柜絕緣驗(yàn)證結(jié)果，結(jié)合10-35kV高壓開關(guān)柜特點(diǎn)，針對(duì)性的提出了高壓開關(guān)柜的整機(jī)改進(jìn)措施和元部件改進(jìn)措施，旨在為相關(guān)研究和實(shí)踐提供參考。

［1］李端姣.10kV系統(tǒng)用移開式開關(guān)柜潛在缺陷的改進(jìn)研究［J］.高壓電器，2013，02：110-115+119.

［2］王磊，趙現(xiàn)平，董俊，徐富良.2000m海拔35kV開關(guān)柜母排結(jié)構(gòu)安全凈距試驗(yàn)研究［J］.高壓電器，2013，04：66-70.

［3］葉廣耀.基于地電波檢測(cè)的高壓開關(guān)柜局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［D］.華北電力大學(xué)，2013.

［4］王強(qiáng).開關(guān)柜局部放電智能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究及傳感器設(shè)計(jì)［D］.西華大學(xué)，2013.

［5］曾雄杰，江健武，侯俊. TEV和UHF在10kV開關(guān)柜帶電檢測(cè)中的應(yīng)用［J］.高壓電器，2012，01：41-47.

馬步青（1967— ），男，浙江麗水人，大學(xué)本科，工程師。