封閉式10kV配電所高壓開關(guān)柜絕緣問題分析

遲志鵬 史磊

摘要：通過對一起封閉式10kV配電所高壓開關(guān)柜絕緣故障分析，排查故障原因，提出解決對策

關(guān)鍵詞：封閉式；高壓開關(guān)柜；絕緣；分析

近年來，封閉式10kV配電所高壓開關(guān)柜在鐵路電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，我局新建、改建10kV配電所高壓開關(guān)柜和遠(yuǎn)動箱變基本上采用了封閉式的，其優(yōu)勢在于占地面積小，工程造價較低，安全防護措施到位，操作人員誤操作的可能性較低。同時，因采用封閉式，其絕緣距離進一步減小，母線、套管等設(shè)備全部封閉，基本上不需要進行維護和檢修，大大減少了日常工作量。但在實際的運行過程中，也發(fā)生了多起絕緣故障，對信號供電安全造成了威脅。通過對發(fā)生的一起故障進行分析，查找故障發(fā)生的原因，提出解決問題的方法。

一、故障分析

1.1 故障現(xiàn)象

2012年9月22日，藍(lán)煙線某10kV配電所II段母線出現(xiàn)單相接地故障，隨后出現(xiàn)一聲異響，II段母線停電，同時上一級地方電源跳閘，故障電流2001A。經(jīng)過巡視發(fā)現(xiàn)，三相短路點在II段母線與電容器開關(guān)柜連接的上觸頭處。（此時，電容補償裝置一直未投用）

1.2現(xiàn)場檢查

通過對故障的設(shè)備的試驗發(fā)現(xiàn)，三相母排對地絕緣值均低于0.1兆歐（GB50150的標(biāo)準(zhǔn)為不低于300兆歐）；耐壓試驗達到1.5kV時（GB50150的單項對地耐壓不低于42kV），母線穿柜套管多處出現(xiàn)放電現(xiàn)象，觸頭盒相間電弧接近短路狀態(tài)；開關(guān)柜內(nèi)的空氣濕度達到94%。

1.3原因分析

初步分析認(rèn)為絕緣套管和觸頭盒受環(huán)境影響導(dǎo)致局部對地放電，線路單相接地后，又因非故障相對地電壓升高加劇了放電現(xiàn)象，產(chǎn)生了相間短路，進而發(fā)展為三相短路，致使II段母線停電，同時將上一級電源頂?shù)?，影響供電安全。主要原因如下?/p>

1.3.1密封開關(guān)柜內(nèi)濕度較大造成放電

故障發(fā)生后，將開關(guān)柜打開，發(fā)現(xiàn)柜內(nèi)壁上存在有大量水珠凝結(jié)，初步分析認(rèn)定是由于“凝露”現(xiàn)象造成的。

該10kV配電所地處沿海，空氣濕度較大，濕氣中含有大量的鹽分，故障觸頭盒和套管表面附鹽密度比較高，且觸頭盒與母排連接處因開口朝上而有大量的白色結(jié)晶體出現(xiàn)，主要成分是氯化納。該導(dǎo)電物質(zhì)必然導(dǎo)致電場不均勻而出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象，該現(xiàn)象不僅出現(xiàn)在觸頭盒和絕緣套管處，母線的支持瓷瓶的根部和端部都出現(xiàn)了該現(xiàn)象，在開關(guān)柜內(nèi)壁上也存在部分結(jié)晶體。在線路出現(xiàn)單項接地時，未接地的相電壓抬高至10kV，在柜內(nèi)絕緣薄弱處首先發(fā)生放電，因柜內(nèi)空間較小，且濕度較大，引發(fā)了相間短路，最終擴大為三相短路。因此，“凝露”現(xiàn)象是造成該次故障的主要原因。

1.3.2瓷瓶爬距存在設(shè)計缺陷

母線支持瓷瓶爬距偏小是發(fā)生故障的另一原因。作為純空氣絕緣的電氣設(shè)備，《高壓配電裝置設(shè)計技術(shù)規(guī)程》中明確規(guī)定，10kV系統(tǒng)純空氣絕緣的最小間隙為125mm。從交流耐壓試驗的結(jié)果，并結(jié)合故障分析可以看出，10kV高壓開關(guān)柜柜內(nèi)帶電體的相與相間、相與地間的最小空氣絕緣間隙低于125mm的，容易發(fā)生事故，而濕度對交流耐壓試驗的結(jié)果影響較大。因開關(guān)柜內(nèi)空間狹小，并且沿海地區(qū)的潮濕環(huán)境，濕度較大，必須對絕緣設(shè)備做特殊的設(shè)計，加大爬距，增大空氣絕緣的間隙，以滿足安全運行的需要。設(shè)計未針對該配電所所處的地理環(huán)境，采取其它的補強措施，仍采用普通絕緣子，從設(shè)計源頭上就留下了隱患。

1.3.3日常的巡視和檢查不到位

故障發(fā)生后，對值班人員進行了了解，部分值班員曾聽到過柜內(nèi)存在“呲呲”的放電異響，均認(rèn)為是正常的放電現(xiàn)象，也未向車間技術(shù)人員進行匯報和確認(rèn)，導(dǎo)致未及時發(fā)現(xiàn)存在的隱患；同時，每年度的預(yù)防性試驗，相關(guān)技術(shù)人員對該柜內(nèi)設(shè)備發(fā)現(xiàn)的結(jié)晶體未引起重視，安全隱患未及時發(fā)現(xiàn)，也未組織處理，設(shè)備一直帶病運行，最終導(dǎo)致了本次故障的發(fā)生。

二、應(yīng)對對策

2.1開關(guān)柜增加通風(fēng)除濕設(shè)備

開關(guān)柜內(nèi)部十分緊湊，空間狹小，為保證在高濕潮濕環(huán)境下高壓開關(guān)柜的絕緣電阻仍處于較高水平，對柜內(nèi)防潮、防凝露提出了更高的要求。一是對開關(guān)柜的運行環(huán)境隨氣候變化進行改善，在室內(nèi)加裝除濕設(shè)備，防止?jié)穸冗^高引起開關(guān)柜內(nèi)絕緣放電、閃絡(luò)；二是在夏秋季，環(huán)境溫度較高，設(shè)備負(fù)荷電流較大，散發(fā)的熱量較多，通過加強高壓室內(nèi)的通風(fēng)排熱來降低設(shè)備溫升，減少潮濕空氣對流，防止?jié)駳膺M入開關(guān)柜內(nèi)部；三是在開關(guān)柜合理位置內(nèi)加裝加熱器，通過空氣加熱除濕，改善柜內(nèi)運行環(huán)境，同時，由值班人員根據(jù)工作環(huán)境狀態(tài)人工控制加熱器的投入、切除，保證柜內(nèi)的濕度滿足安全運行的需要。

2.2優(yōu)化開關(guān)柜的設(shè)計方案和安裝方案

一是設(shè)計根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境的現(xiàn)狀，提出加強開關(guān)柜內(nèi)絕緣的具體措施，在根本上解決絕緣閃絡(luò)的問題，滿足現(xiàn)場安全運行的需要；二是對絕緣套管進行適當(dāng)改造，將絕緣套管光滑的表面制作成波紋狀，以增加絕緣爬距，在不改變開關(guān)柜基本結(jié)構(gòu)的情況下，盡可能增大絕緣爬距，提高安全系數(shù)，減小絕緣套管爬電的幾率；三是開關(guān)柜的選型在滿足現(xiàn)場需要，要優(yōu)先選用密封性能好、耐腐蝕的開關(guān)柜，電力電纜與高壓柜的連接處的密封防潮措施要到位，從源頭上解決開關(guān)柜內(nèi)濕度大的問題。

在有條件下的情況下，盡可能將高壓室建在二樓以上的數(shù)層，可以有效脫離地面濕氣的干擾。

2.3不斷提高職工業(yè)務(wù)素質(zhì)

加大對值班人員和檢修人員的培訓(xùn)力度，不斷提高職工業(yè)務(wù)素質(zhì)，要求必須掌握開關(guān)柜的內(nèi)部接線和原理，具備對異響等情況進行初步分析和判斷的能力，改變以往值班員光聽電話，不能進行故障的初步分析和判斷的問題；充分發(fā)揮年度預(yù)防性試驗的作用，利用難得的停電檢修有利時機，發(fā)現(xiàn)隱患，解決隱患，切實提高設(shè)備質(zhì)量，將隱患消除在萌芽狀態(tài)，確保信號供電安全。

三、結(jié)束語

開關(guān)柜的絕緣故障，在鐵路供電系統(tǒng)時有發(fā)生，本文針對管內(nèi)發(fā)生的一起故障進行了分析，原因分析和對策具有一定的局限性，開關(guān)柜的凝露現(xiàn)象很普遍，原因就是進入柜內(nèi)的潮濕氣沒有很好的疏散通道。如果采用良好的密封結(jié)構(gòu)，采取必要的技術(shù)措施，加大絕緣爬距，同時提高檢修質(zhì)量，同類的故障是可以避免的。