35KV 開關(guān)柜內(nèi)放電故障的分析

劉建軍

1 放電故障產(chǎn)生原因

1.1 設(shè)備質(zhì)量存在缺陷

金屬鎧裝35KV 開關(guān)柜設(shè)備存在一定缺陷，室內(nèi)35kV 開關(guān)柜由于其操作方便、占地較少、安裝簡單等優(yōu)點，取代了大部分傳統(tǒng)的敞開式開關(guān)設(shè)備，然而，開關(guān)柜廠家在設(shè)計時必須減小柜體尺寸，絕緣設(shè)備的裕度及爬電距離被壓縮。個別生產(chǎn)廠家的電氣元器件，絕緣材料以次充好等等，為設(shè)備在運行中發(fā)生故障或事故埋留下隱患。

1.2 配電裝置運行環(huán)境潮濕，相對濕度超標

升壓站的初期選址及配電裝置室設(shè)計的缺陷也是設(shè)備發(fā)生放電等故障的主要原因；設(shè)計院在設(shè)計高壓配電室時，為了保證開關(guān)柜在夏、秋季節(jié)的散熱通風，一般都留有窗戶或通風口。戶外的濕氣很容易通過這些通風口進入柜內(nèi)累計，增加柜內(nèi)的相對濕度。電纜溝道的防水做得不好，雨季時雨水通過戶外電纜溝進入戶內(nèi)，也是增加開關(guān)柜內(nèi)潮濕從而引發(fā)放電現(xiàn)象的原因。

1.3 運行中的開關(guān)柜因檢修定檢的原因，長時間停電

往往在送電前檢測設(shè)備絕緣電阻時發(fā)現(xiàn)絕緣較低，甚至滿足不了恢復送電的條件。開關(guān)柜本身幾乎是個密閉的空間，因運行中帶（導）電部分如母線及元器件等會發(fā)出少量的熱量，使柜體內(nèi)處于正壓狀態(tài)，這時通過熱交換進入的濕氣較少，絕緣部件能夠滿足運行要求，產(chǎn)生的放電現(xiàn)象較少。當開關(guān)柜停電后，隨著柜內(nèi)空間溫度的降低，柜內(nèi)空間處于負壓狀態(tài)，柜外潮濕空氣進入柜內(nèi)并充滿柜內(nèi)空間，甚至凝結(jié)成水。從而使開關(guān)柜易發(fā)生放電故障。

1.4 施工中留下的隱患

35 KV 開關(guān)柜母線室內(nèi)母線因電壓等級較高易產(chǎn)生電暈，需用絕緣護套將表面縮封；同時應用4 mm2的絕緣軟銅線與每個絕緣套管進行連接，目的是使周圍電場一致，不容易產(chǎn)生放電。

但因現(xiàn)在的施工隊伍技術(shù)水平參差不齊，個別工程在母線安裝時屏蔽線沒有安裝，致使預留的母線上固定屏蔽線的螺絲孔（該處無絕緣護套）對著絕緣套管放電，長期放電導致絕緣擊穿等故障發(fā)生

2 事故案例

案例一.2013 年5 月10 日，盤錦某風電場35KVII 段停電技術(shù)改造，施工過程幾乎每天都在下雨；技改結(jié)束當天環(huán)境的濕度已達到96%；工程經(jīng)過業(yè)主驗收后全部通過；為了搶發(fā)電量，運行人員經(jīng)過對設(shè)備的絕緣進行檢驗能夠滿足送電的條件后，開始對35KVII 段進行送電，當對母線進行充電時，一聲巨響，發(fā)生了設(shè)備事故。事故發(fā)生后對故障地點進行了認真檢查（如圖2）。

發(fā)現(xiàn)35KVII 段#2 消弧消諧柜B 相母線對高壓套管發(fā)生放電，并使絕緣套管擊穿，套管損毀，B 相母線損毀，致使II 段母線保護動作，整個II 段設(shè)備全部停電。初步分析本事故發(fā)生的原因是由于套管與母線間的屏蔽線沒有安裝（圖一：經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)多處無屏蔽線，母線護套由明顯放電痕跡），母線上裸露的螺絲孔處對套管長期放電，當環(huán)境的濕度嚴重超標后套管的絕緣程度急速降低，最終放電電弧直接爬過套管表面與接地金屬部分發(fā)生短路，造成母線設(shè)備損壞事故。事后將35KVII 段#2消弧消諧柜母線室段母線及兩側(cè)高壓絕緣套管全部拆除，更換新的母線機絕緣護套；補充安裝35KVI、II 母線缺少的屏蔽線，為了降低35 KV 配電室的濕度，在配電室內(nèi)增加安裝4 臺除濕空調(diào)，加裝濕度表，隨時檢查配電室內(nèi)的濕度。搶修作業(yè)接近尾聲時，35 KV 配電室內(nèi)環(huán)境濕度已降至60%。設(shè)備恢復完畢后對其進行了絕緣檢查和工頻交流耐壓試驗，合格后35KVI、II 段設(shè)備送電成功，未聽到放電聲音。經(jīng)過21 個小時的搶修所有設(shè)備恢復運行。

案例二：2015 年8 月2 日錦州某風電場開始進行一年一次的定檢預試工作，停電檢修為期2 天；8 月3 日晚定檢最后的工序35 KV 母線耐壓試驗，在母線耐壓前的絕緣檢測時發(fā)現(xiàn)35 KV 配電裝置母線絕緣電阻不足10 MΩ，不能滿足耐壓及最終送電條件；絕緣降低首先判斷為潮濕所致，把母線拆分進行絕緣電阻檢查發(fā)現(xiàn)除主變低壓側(cè)開關(guān)柜絕緣電阻低外，其余開關(guān)柜絕緣電阻均在1 000 MΩ 以上；經(jīng)認真檢查發(fā)現(xiàn)主變低壓側(cè)開關(guān)柜內(nèi)開關(guān)觸頭柜體側(cè)套管內(nèi)壁有大量的凝結(jié)小水滴，柜下電纜溝內(nèi)存有大量的積水；立即對凝水處進行清理并用無水酒精進行擦拭；同時清除電纜溝內(nèi)的積水，對開關(guān)柜下的孔洞縫隙進行密封，對柜體內(nèi)進行清理及烘干，烘干采用強制通風和加熱共同進行；經(jīng)3 個多小時的烘干，再次檢驗絕緣電阻，發(fā)現(xiàn)絕緣電阻并沒有明顯提高；經(jīng)探討，決定用工頻耐壓裝置對母線進行逐步升高電壓的檢測，當電壓升至近20 KV 時，聽到開關(guān)柜內(nèi)側(cè)發(fā)出“噼噼啪啪”的放電聲音。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)放電地點為開關(guān)柜母線室母線與斷路器柜內(nèi)觸頭上部位置，為母線與套管間放電，套管與母線間有明顯的亮點和藍色的電?。ㄈ缦聢D），于是再次對放電部位及周邊進行烘干，經(jīng)過2 天烘干后檢驗絕緣電阻，發(fā)現(xiàn)絕緣電阻并沒有太多提高。與業(yè)主協(xié)商聯(lián)系開關(guān)柜廠家，購買相同型號的絕緣套管更換原有的舊絕緣套管，再次檢測母線絕緣電阻，絕緣電阻已達到2 000 MΩ。進行母線工頻交流耐壓，該段母線的試驗結(jié)果達到要求，35 KV 母線送電成功。

3 消除故障措施及建議

（1）通過上面的案例及分析，35 KV 開關(guān)柜內(nèi)存在普遍的放電現(xiàn)象，放電產(chǎn)生的原因也是多樣性的。但幾乎所有的放電現(xiàn)象都與設(shè)備環(huán)境潮濕或柜體內(nèi)凝露有關(guān)，也就是說所有運行單位對35 KV 開關(guān)柜設(shè)備防潮濕和防凝露措施不到位，不能認真的提高設(shè)備的運行環(huán)境。建議設(shè)計之初在升壓站地址選擇方面應盡量遠離水塘、稻田、河流、湖泊等空氣潮濕地點，如必須設(shè)置在上述地區(qū)時，應配套做好35 KV 配電室除濕措施 ，如增加足夠的除濕設(shè)備等。加強戶內(nèi)電纜溝與戶外電纜溝間的密封，做好電纜溝防水防護；防止戶內(nèi)開關(guān)柜下電纜溝進水或滲水積水，增加電纜溝排水設(shè)備，電纜溝一旦積水應迅速將其排除。加強開關(guān)柜下部與電纜溝間有效的密封，防止電纜溝的潮濕氣體進入開關(guān)柜內(nèi)。減少柜內(nèi)空氣濕度，防止放電現(xiàn)象發(fā)生。

圖1

圖2

（2）凝露的產(chǎn)生需同時具備空氣潮濕，設(shè)備表面存在較大溫差條件。因此建議常年處在空氣潮濕環(huán)境的35KV 配電裝置應盡量縮短定檢停電時間，如必須長時間停電，送電前應認真擦拭清理開關(guān)柜內(nèi)的絕緣部位，同時采用除濕設(shè)備，降低環(huán)境濕度，確保裝置的安全送電。

（3）加強35 KV 開關(guān)柜在安裝施工過程的技術(shù)及質(zhì)量控制，35 KV 電壓等級的一次設(shè)備在變電站內(nèi)本身是已開放狀態(tài)布置的，但風電企業(yè)選擇35 KV 電壓架空集電線路傳輸，這樣做更加經(jīng)濟。為了方便運行維護，減少占地面積，采用35 KV 金屬鎧裝配電裝置；35 KV 開關(guān)柜本身結(jié)構(gòu)緊湊，需壓縮絕緣設(shè)備的尺寸及長度且電壓等級較高，使其在運行過程存在著設(shè)計缺陷。建議業(yè)主在招標相關(guān)設(shè)備時選擇采購整體質(zhì)量及配件較好廠家的設(shè)備。另外在施工的整個安裝工程要加強施工質(zhì)量管理，對每個分項工程都應認真驗收檢查，在施工單位的施工工藝施工細節(jié)等方面嚴格監(jiān)督，防止丟落設(shè)備即偷工減料等；防止為今后的設(shè)備安全運行留下隱患。

（4）35 KV 開關(guān)柜內(nèi)的設(shè)備絕緣部件幾乎全部采用樹脂材質(zhì)，如電流互感器外殼、母線室及高壓柜間套管、觸頭絕緣套管、支柱絕緣子等等。35 KV 高壓開關(guān)柜內(nèi)樹脂絕緣部件在潮濕空氣環(huán)境長期運行極易引起絕緣老化。在高電壓的作用下絕緣部件表面會出現(xiàn)薄薄的一層黏黏的東西，這應該是絕緣降低引起薄弱位置放電的根本原因，也是絕緣劣化、老化的表現(xiàn)，要想延長絕緣老化過程，首先應定期對35 KV 開關(guān)柜及母線進行清掃，每年在夏季來臨之前進行清掃；清除開關(guān)柜內(nèi)附著的灰塵以及水漬等，清理過程建議盡量少使用化工類清洗劑，個別清洗劑會加速樹脂型絕緣部件絕緣老化。同時清理過程認真檢查導電部件邊緣及35 KV 母排上的絕緣熱塑套管邊緣的毛刺進行打磨，避免產(chǎn)生污閃放電。對經(jīng)過長期運行還存在放電現(xiàn)象，或絕緣程度降低嚴重的部件，在經(jīng)過烘干后絕緣電阻改善變化不明顯的絕緣部件，建議進行更換。建議各升壓站自備部分絕緣備件，并妥善保管；防止運行設(shè)備因放電而帶來的長期停電事故發(fā)生。

4 結(jié)束語

金屬鎧裝35 KV 開關(guān)柜的放電現(xiàn)象雖然由來已久，且現(xiàn)象較普遍；但并不是不可改變。采取有效的措施完全可以減低或消除35 KV 開關(guān)柜的放電現(xiàn)象。隨著科學技術(shù)的發(fā)展進步，我想開關(guān)柜放電的問題最終會得到徹底的解決；也希望設(shè)計單位，在設(shè)計之初為設(shè)備的安全運行選擇一個好的大環(huán)境，減少因環(huán)境潮濕而引起的放電現(xiàn)象及設(shè)備損毀事故。同時提醒運行單位在設(shè)備的安裝工藝及質(zhì)量方面認真把關(guān)，在設(shè)備運行過程嚴格檢測設(shè)備的運行環(huán)境和設(shè)備的運行狀態(tài)，為減少設(shè)備故障把好最后關(guān)。

圖3