提高開關柜運行可靠性的技術措施

李豹生

摘 ?要：針對近年來山西地電電網發(fā)生了多起開關柜故障引起的停電及主設備損壞事件，部分35KV開關柜運行中發(fā)生局部放電隱患。在對主要開關柜生產廠商、型號進行深入調研，分析了當前高壓開關柜在開關柜設計、生產、安裝運維過程中存在的主要不足后，針對性提出改進措施。

關鍵詞：開關柜故障;局部放電隱患;改進措施

0引言

通過大量調查，發(fā)現在國內各類輸配電公司中開關柜事故占比在電網系統內非常普遍。本文通過對開關柜典型故障及放電情況進行分析，結合國家能源局等部委、國家電網公司等企業(yè)技術標準規(guī)范對國內主要開關柜生產廠商、型號開展調研，深入了解、分析了當前高壓開關柜在開關柜設備設計、生產、安裝運維過程中存在的主要不足后，針對性提出改進措施。

1、開關柜常見缺陷

經過分析歸類，國內電網目前開關柜缺陷主要集中在結構設計缺陷、加工工藝缺陷、裝配工藝缺陷、絕緣材料缺陷以及運行環(huán)境潮濕等方面。

1.1設計制造缺陷

（1）開關柜空氣絕緣凈距離不滿足要求：

這是目前制約國內開關柜安全運行的最主要問題。根據《3.6kV～40.5kV交流金屬封閉開關設備和控制設備》（DL/T404-201X）對最小空氣間隙的要求：空氣絕緣凈距離：≥125mm（對12kV），≥300mm（對40.5kV）;以空氣和絕緣板組成的復合絕緣，帶電體至絕緣板間最小空氣間隙：≥30mm（對12kV），≥60mm（對40.5kV）;《導體和電器選擇設計技術規(guī)定》（DL/T5222-2005）、國家能源局、國網反措都要求35kV開關柜外絕緣應滿足以下條件：空氣絕緣凈距離≥300mm，如開關柜采用復合絕緣或固體絕緣封裝等可靠技術，可適當降低其絕緣距離要求。但未明確“適當”的具體數值。

為了統一，《國家電網公司關于印發(fā)電網設備技術標準差異條款統一意見的通知》（國家電網科〔2014〕315號）：第5條關于高壓開關柜空氣絕緣凈距離限制的問題中說明：對于40.5kV開關柜，采用復合絕緣，導體間、導體對地絕緣凈距不小于240mm。國家電網最新十八項反措（2018修訂版）12.4.1.2.3條已經明確規(guī)定：“新安裝開關柜禁止使用絕緣隔板，即使母線加裝絕緣護套和熱縮絕緣材料，也應滿足空氣絕緣凈距離的要求”。

但是目前大量使用的35kV開關柜的寬度為1.3m-1.4m，除掉三相母排的寬度，實際上空氣凈距均無法滿足≥300mm的要求。

（2）觸頭盒、套管無屏蔽：

2000年之前生產的開關柜斷路器觸頭盒、套管未采用屏蔽結構設計，導致內部電場強度分布不均勻，易引發(fā)局部放電，長時間的放電使絕緣材料電老化，導致擊穿事故的發(fā)生。

（3）相間絕緣隔板設計缺陷：

近年35kV開關柜逐步實現小型化，造成柜內空氣絕緣距離較小，開關柜廠商在相間增加不規(guī)范的SMC絕緣隔板。不僅減小空氣凈距，還會改變電場分布，更容易產生放電，同時設計加裝隔板（有時是現場加裝）時還存在結構缺陷，如：1）由于相間絕緣板設計太長，伸入到電纜室觸頭盒相間搭接處，從而加劇了觸頭盒搭接處小縫隙之間的放電。2）絕緣隔板與柜體連接處存在小縫隙，造成局部放電。

（4）除濕設計缺陷：

某些開關柜內加熱除濕裝置設計存在缺陷，不能及時有效排除柜內潮氣，容易形成凝露，造成擊穿事故。

1.2裝配工藝缺陷

（1）柜內部件與設計位置有偏移：

由于安裝工藝管控不到位，部分開關柜內部件與設計位置有偏移，如穿墻套管中母排搭接位置不妥，而且母排不居中，搭接位置的金屬尖端緊挨套管內壁。

（2）電場集中部位未采取相應措施：

高壓開關柜內的進出線套管、機械活門、母排拐彎處等場強較為集中的部位，應采取倒角打磨等措施，防止電場畸變。

（3）柜內部件未緊固到位：

部分開關柜內部件，如SMC絕緣隔板、各類緊固螺栓等未緊固，由此造成懸浮電極缺陷，進而產生放電。

1.3選材缺陷

該類缺陷集中在復合絕緣材料的選型，主要是熱縮套、絕緣隔板等：

（1）復合絕緣材料壽命較短。

（2）復合絕緣表面憎水性較差。

（3）部分SMC隔板阻燃性較差。

1.4其他缺陷

（1）運行環(huán)境污穢嚴重，柜內元器件表面積污嚴重，導致泄漏電流增大，易加速外絕緣有機材料老化，最終導致擊穿事故的發(fā)生。

（2）運行環(huán)境濕度大，加之環(huán)境溫度變化時，會產生凝露現象，易發(fā)生放電現象。

二、開關柜整改措施

2.1針對絕緣距離不足及絕緣材料缺陷引起的絕緣缺陷：

（1）源頭把關，新建、擴建工程應嚴格按照相關標準、最新反措進行訂貨和驗收，對產品說明書、型式試驗報告、出廠試驗報告及產品圖紙等資料的準確性和真實性進行核實，同時交接試驗必須嚴格按照相關標準進行，嚴禁缺漏項，謹防不合格產品進入電網。不盲目追求開關柜小型化（嚴格執(zhí)行國家電網2018版反措，使用空氣絕緣的，禁止使用絕緣隔板，嚴格空氣絕緣凈距離）。

（2）逐步更換系統內不合格絕緣熱縮護套，所用絕緣材料必須通過老化試驗，并提供試驗報告。熱縮絕緣材料老化壽命應大于20年。絕緣包封改造不僅應滿足防潮、抗老化要求，且包封后不應影響母排的通流能力和散熱效果。絕緣護套表面應印刷廠家、型號、批次及生產日期。

（3）逐步更換選用經試驗合格的絕緣件（絕緣隔板應選用耐電弧、耐高溫、阻燃、低毒、不吸潮且具有優(yōu)良機械強度和電氣絕緣性能的材料。要求開關柜制造廠提供絕緣隔板相關技術指標的證明材料。更廣泛地采用新型配方的環(huán)氧樹脂絕緣件，滿足V0級阻燃要求的SMC絕緣板，開關柜中所有絕緣件裝配前均應進行局放檢測，單個絕緣件局部放電量不大于3pC。有條件時，開關柜外絕緣建議進行凝露條件下的耐壓試驗）

（4）絕緣件表面涂抹憎水材料，SMC絕緣板邊緣采取防潮措施。

2.2針對裝配工藝缺陷導致電場不均勻以及電場集中部位引起的局部放電：

（1）逐步將單屏蔽穿墻套管及觸頭盒更換為雙屏蔽，有效消除電場集中問題，使電場分布均勻。

（2）高壓開關柜內的進出線套管、機械活門、母排拐彎處等場強較為集中的部位，應采取倒角打磨等措施，防止電場畸變。

（3）裁剪不必要的絕緣隔板;增大絕緣隔板與柜體間的連接縫隙，避免存在懸浮電位缺陷。高壓開關柜母線室內不應采用絕緣隔板，斷路器室不宜采用絕緣隔板。

（4）絕緣護套包裹工藝應滿足要求。

（5）針對穿墻套管中母排搭接位置不妥，母排不居中，搭接位置的金屬尖端緊挨套管內壁缺陷，合理安排停電檢修，根據圖紙，重新裝配，并在完工后進行細致檢查。

（6）銅排寬度不得小于靜觸頭直徑。

（7）運維檢修過程中，應使用力矩扳手，對開關柜內各緊固螺栓進行緊固，并進行細致檢查。

2.3針對運行中因環(huán)境污穢、潮濕，開關柜封堵不嚴，通風不暢、開關柜凝露引發(fā)的放電：

（1）定期清掃柜內積污。

（2）加熱和去濕功能分離，去濕裝置采用多點布置低功率常投方式?；蛘哌m當加大目前運行的加熱器功率。因為凝露可能在任何溫度情況下發(fā)生。所以去濕裝置應該一直投運。（加熱、驅潮裝置及控制元件的絕緣應良好，裝置與各元件、電纜及電線的距離應大于50mm，開關柜內所有的二次導線宜用阻燃型軟管或金屬軟管或線槽進行全密封）。

（3）加強電纜一二次溝至開關柜密封措施，提高開關柜防護等級，防止灰塵進入柜體。

（4）配電室內外電纜一次溝增加通風管路及格柵。特別潮濕的地區(qū)及環(huán)境下可增加大功率軸流風機在電纜溝進行通風驅潮。

三、開展開關柜帶電檢測工作

目前系統內未有效開展開關柜帶電檢測工作（局放及紅外測溫），主要原因是專業(yè)的檢測儀器和人員配置不足且狀態(tài)檢測試驗數據管理不規(guī)范，對檢測數據缺乏管理，未深入開展開關柜狀態(tài)評價工作，導致不能及時發(fā)現缺陷。目前除依靠每年度春檢春試發(fā)現問題外，日常依靠運維人員按照周期巡視來發(fā)現開關柜內存在異響或開關柜室內異味，再根據個人主觀判斷聲音的大小和異味的輕重來匯報診斷，根據經驗判斷是否停電處理。另外由于開關柜涉及到配網供電可靠性，很難長時間、大面積停電處理，一般僅對放電聲音較大的個別開關柜進行積污清掃等簡單的處理工作。無法確保開關柜局部放電隱患能得到及時發(fā)現和有效處理。根據能源局及國網反措要求：每年迎峰度夏（冬）前應開展超聲波局部放電檢測、暫態(tài)地電壓檢測，及早發(fā)現開關柜內絕緣缺陷，防止由開關柜內部局部放電演變成短路故障。因此建議有效開展開關柜帶電檢測工作。

參考文獻：

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[2]《導體和電器選擇設計技術規(guī)定》（DL/T5222-2005）.

[3]國家電網有限公司十八項電網重大反事故技術措施（修訂版）2018版.

[4]國家能源局《防止電力生產事故的二十五項重點要求》（2014）161號.

[5]《國家電網公司關于印發(fā)電網設備技術標準差異條款統一意見的通知》（國家電網科〔2014〕315號）.

[6]國家電網公司《開關柜技術監(jiān)督全過程精益化管理實施細則》.

[7]江蘇省電力公司電力科學研究院提高開關柜運行可靠性的技術措施調研報告.