一起开关柜绝缘事故的分析及防范措施

沈牧宙 陈中楣 张建业

（宁波电业局 浙江 宁波 315016）

0 引言

高压开关柜是以断路器为主的电气设备，其中包括断路器手车、过渡触头手车、电流互感器、电压互感器等。由于其结构简单、操作灵活、占地面积小等优点，高压开关柜在10kV、35kV电压等级的电力系统中广泛使用。在目前的电网设备中，高压开关柜所占有较大比重，因此高压开关柜事故在各种电压等级开关设备事故中占有很大比例。近几年，我局数次发生35kV开关柜绝缘击穿事故，严重威胁电网的安全运行。

2011年4月，某220kV变电所发生了一起因35kV高压开关柜绝缘击穿导致主变压器开关跳闸，致使35kVI段母线失电的事故。

1 事故情况

1.1 事故经过

1）2011年4月25日8点45分左右，操作站接到变电所值班保安报告：变电所内带电设备着火，值班人员怀疑是35kV开关室户外线路电缆头着火；

2）8：48：01，35kV 3444 线过流Ⅰ段动作，开关跳闸，重合失败；

3）8：48：03，35kV 3695 线过流Ⅰ段动作，开关跳闸，重合动作；

4）8：48：04，35kVⅠ段母差保护动作，跳开 #1 主变 35kV、35kV 母分、3691、3695、#1 电容器、#3 电容器开关；

5）9：47，组织恢复了所用电，#2所变供所用电，并落实好防所用电全停事故预案。

1.2 事故现场情况

检修人员对事故现场进行勘察后发现事故情况如下：

1）3444开关柜后柜门被气浪冲开，内部CT及连接铜排都有不同程度烧坏（图1）。

图1

2）3695户外线路电缆头B相烧坏，其它两相正常（图2）。

图2

3）#1所变柜前后柜门均被炸开，拉出#1所变手车发现所变高压熔丝A相已炸得粉碎，#1所变母线侧触头盒有串弧痕迹（图3）。

图3

1.3 事故处理

根据已损坏设备以及可能损坏设备，检修人员制定了先对设备进行高压试验，通过试验数据以及目测结合的方法确定需更换的设备，内容如下：

1）对开关柜内的母排进行了检查，未发现放电痕迹；

2）对35kV1号、2号所变进行高压试验，试验数据合格；

3）对3444线三相保护CT进行耐压试验，数据合格；3444柜内损坏的二次电缆作更换处理；拆除3444线损坏的两只计量CT，待厂家备品到后装复；

4）更换全部受损的动静触头、绝缘套管、绝缘挡板；

5）更换开关机构受损的小活门；

6）修理弯曲变形的35kV母分过渡触头机构杆。

2 事故原因分析

根据现场情况，对造成故障的可能性因素进行排查，可得出引发此次故障的主要原因。

2.1 3444线＃7塔架空地线掉落在B相线路横担上，3444线B相接地故障，导致35kV II段母线A、C相电压升高，造成3444A、C相计量CT绝缘击穿、相间串弧故障，3444线过流Ⅰ段动作，开关跳闸，重合失败。

2.2 3695出线电缆B相接地，导致35kV I段母线A、C相电压升高，造成35kV#1所变A相高压熔管炸碎，#1所变母线侧触头盒A、B相之间有相间串弧痕迹。3695线过流Ⅰ段动作，开关跳闸，重合动作。相间故障造成35kVⅠ段母差保护动作，跳开#1主变35kV、35kV母分、3691、3695、#1 电容器、#3 电容器开关。

2.3 开关柜内潮湿空气无法排出导致设备绝缘降低。检修人员在设备发生故障后对其进行了检查，检查发现：35 kV开开关柜内母线仓、穿柜套管内壁、支柱绝缘子、绝缘挡板及开关柜门内壁存在较多的凝露，潮湿情况十分严重。目前，110kV及以上变电站内所有开关柜均安装在室内，高压开关室内虽然采取了加装吸湿器的防潮措施，但是未能将开关柜内潮气抽出。从现场情况看，已出现锈蚀、凝露等现象，说明事故现场空气相对湿度比较高而沿面闪络电压与空气相对湿度有很大关系，其关系见表一。由图4可知，闪络电压随着空气相对湿度的增加而迅速下降。这是由于随着空气相对湿度的增加，绝缘件表面污秽中水溶性的盐类得到了溶解，使其泄漏电流增大，闪络电压降低。事故发生当天正值阴雨天气，空气湿度较大，设备在运行过程中受潮而在绝缘表面产生凝露，以致附着污秽使绝缘降低。

图4 闪络电压与相对湿度关系的示意图曲线

2.4 为了达到缩小高压开关柜体积、降低制造成本的目的，目前在10kV、35kV开关柜广泛采用绝缘材料制成的绝缘挡板构成复合绝缘的模式。但是这个模式也存在着缺陷：由于绝缘档板受环境因素影响很大，尤其实在潮湿的环境中，绝缘挡板更容易出现老化现象。

综上所述，本次事故的主要原因是该35kV开关柜内潮气严重，虽然开关室内装有若干台吸湿器，但是由于开关柜为封闭式的，导致柜内的潮气难以抽出。绝缘件长期在潮湿的环境中时极易形成爬弧而绝缘闪络放电现象。绝缘材料在多次放电的作用下，其内部结构发生变化而更易吸附空气中的水分和其他导电物质。导电物质中的可溶性成分逐步溶解在水中成为电解质在绝缘件和绝缘挡板表面附着，从而使其绝缘性能大大降低。由于设备设计上的原因，该开关柜体积较小，导致内部导电设备与绝缘材料之间的间隙过小。这样的运行条件下，35kV绝缘长期受潮，设备对地绝缘降低。恰好在此时发生的线路单相接地导致非故障相对地电压升高为原来的1.73倍，绝缘材料在过电压的持续作用下，最终导致绝缘击穿的事故。

3 防范措施

3.1 在开关柜的检修工作中因坚持“逢停必扫”的方针。根据开关柜的运行情况，制定严密的维护措施，并定期检查开关柜内绝缘件的情况。在设备停电时，必须对其采取清洁措施。日常巡视中发现有异常放电声的开关柜因作局放试验或停电检修。

3.2 日常巡视工作中，运行值班人员应检查35kV开关室内除湿器是否正常运转，检查开关柜上温湿度控制器及加热器是否正常工作，除湿器、温湿度控制器及加热器等装置若有缺陷，及时消缺。

3.3 开关室内应安装空调。空调具有恒温、除湿的作用，在它的作用下，开关室内空气湿度能有效降低。在夏季和冬季，空调的恒温作用能确保设备不受外部天气影响而保持室内恒温，减少因气温变化而导致的柜内潮气产生。

3.4 严格执行国网公司颁布的18项反事故措施第11.13.2条款要求：高压开关柜内的绝缘件(如绝缘子、套管、隔板和触头罩等)应采用阻燃绝缘材料(如环氧或SMC材料)，严禁采用酚醛树脂、聚氯乙烯及聚碳酸脂等有机绝缘材料。杜绝因绝缘隔板起不到阻燃作用，殃及相邻开关柜，造成事故扩大。

4 总结

35kV高压开关柜是电力系统的重要设备之一，其运行状态对电力系统的可靠性有着重大影响。通过对该起绝缘事故原因进行分析，并提出的相关防范措施，对预防类似事故起到了积极作用。另外，我们还要认真检查设备运行情况，消除因天气恶劣易发生放电的各种隐患。

［1］国家电网公司.国家电网公司十八项电网重大反事故措施[M].北京：中国电力出版社，2007.

［2］郑庆伟.高压开关柜绝缘故障原因分析[M].北京：电气设备装备出版社，2010.

［3］GB 50150－2006.电气装置安装工程电气设备交接试验标准[S].

［4］严璋，朱德恒.高电压绝缘技术[M].北京：中国电力出版社，2002.