高低压配电柜电气绝缘全工况技术的应用

孙华美 宋军会 许跃宏（大全集团有限公司）

高低压配电柜电气绝缘全工况技术的应用

孙华美 宋军会 许跃宏
（大全集团有限公司）

摘 要：本文对GC−10型6kV室内变配电柜以及低压380V кпэсн型俄罗斯制造配电柜绝缘全工况改造中摸索的技术经验进行详细介绍，共同探讨高低压配电柜电气绝缘全工况技术的应用。关键词：配电设备裸母线酚醛树脂材质DMC、SMC；材质

0　引言

国内制造的GC−10型室内变配电柜为20世纪80年代设备，在设计上存在许多缺陷，如：柜内母线均为整体通长设计，母线在柜间无绝缘隔离的防护，母线均为裸母线无绝缘层防护等，这就使配电柜在运行中存在许多绝缘薄弱的隐患。

俄罗斯кпэсн型低压380V配电柜为20世纪50年代俄罗斯产品，这种配电柜采用抽屉式结构，在设计上存在缺陷如下：母线室与单元开关间隔贯通，无绝缘隔离防护；母线室整体通长设计；裸母线设计；配电柜内采用的绝缘材料为已被禁止使用的酚醛树脂绝缘材料等。

1　高低压配电柜的发展及应用现状

1.1 高压配电柜

根据不同的方法，高压配电柜可以分成很多不同的种类。从断路器的角度，高压配电柜设备包括手车式及固定式两种。我国高压配电柜的研制先后经历了仿制用配电柜，自主研发的手车式高压配电柜，引进国外先进技术研发的GN型箱式、KGN型固定柜以及HXGN型环网柜这三个过程。现在应用较多的手车式高压配电柜为KYN28型，固定式因不利于操作的原因，应用相对较少，其应用较多的是XGN15−12等型号。

1.2 低压配电柜

目前常用的固定式低压开关柜是GGD−Ⅲ型，此种柜型已经投入使用几十年了还经久不衰。GGD的骨架采用8MF型材，安装孔的模数为20mm，组装式结构，因此，它具备组装结构的一切优点。低压配电柜的种类较多、使用更加灵活多样。我国的低压配电柜制造水平与国外还有一定的差距，目前在我国广泛应用的低压配电柜，包括国产的如GCS、GCD、GCK、MNS低压抽出式开关柜，以及国际知名电气设备制造商生产的PrismaP、Sivcon、MNS3、OKKEN低压配电柜等。与国外生产的配电柜相比，国内生产的低压配电柜存在同一类型的设备的具体型号、内部构造不一致的现象。同时应当指出，国产配电柜更适应我国的电网供配电要求，与国内的电气设备的兼容性更强、组装更灵活。此外，低压配电柜种类较多，实际应用时的功能也可能各不相同，以固定间隔柜和抽屉柜这两种类型为例，前者在操作运行的可靠性、二次控制的稳定性、柜内母线的通流能力、故障率、设备成本方面都要优于抽屉柜，而后者便于更换及维护。如结构有大的变动，应当重新进行型式试验，但大部分情况下，结构的变化不是突变，而是渐变的，很难界定在何种情况下要重新进行型式试验。

2　改造前高、低压配电柜的绝缘状况及分析

2.1 配电柜母线间隔和出线电缆间隔

母线间隔采用整体通长设计，无分段防护隔离。如果发生母线某点或间隔某点的绝缘故障时，由于缺乏必要的隔离防护，容易导致“火烧联营”的事故发生，严重者造成相临开关柜损坏的重大设备事故，使事故抢修时间成倍增长，本来停局部设备可以处理的问题，被扩展成停“双机”的重大设备事故。

母线采用裸母线安装、水平排列，只涂有相色漆，无外绝缘防护；母线排的间距较短；GC−10型配电柜的母线间隔下部与出线电缆间隔贯通，无密封隔离。老鼠窜入配电柜后，可以通过在装电缆，出线间隔及母线间隔之间上下窜越；又可以在通长设计的母线室内自由行走，将直接引发母线的相间短路和接地短路故障，导致火烧联营的事故。

2.2 配电柜开关间隔

GC−10型6kV配电柜开关间隔、母线间隔和出线电缆间隔的绝缘隔板，采用《反事故技术措施》中被禁用的环氧树脂材料，手车挑帘，机构卡涩，执行不到位等故障较多，运行消缺时又存在较大的触电风险。

俄式кпэсн型380V配电柜开关间隔采用抽屉式结构，在隔离断口具备较强的电气优势，但与母线室贯通无绝缘隔离防护，安装的母线支撑架、定位件等绝缘结构件均为《反事故技术措施》中被禁用的酚醛树脂材料。该材质在运行中会受到各种因素的影响而发生一系列不可逆的化学物理变化，从而导致材质机械性能和电气性能的劣化。另外酚醛树脂绝缘材料有较大的吸水性，使绝缘水平和老化速率下降较快，这不利于设备的安全稳定运行。

3　高低压配电柜绝缘改造的实施

针对上述配电设备的隐患问题，依据国电公司下发的《高压开关反事故技术措施》中“改造工程中特别是发电厂必须选用加强绝缘型且母线室封闭的高压开关柜”的明确要求，经技术探讨制定符合设备现状的技术方案并实施，目前A厂已经改造完毕。改造后不仅提高厂用电设备的电气绝缘水平，而且为机组运行创造出很高的安全效益。

3.1 改造中电气绝缘材料的选材

首先是配电柜内绝缘隔板、定位绝缘件、穿墙套管以及静触头结构件选用了具备憎水性好、憎水迁移性好、绝缘强度高、耐老化等优点的SMC和DMC有机不饱和绝缘聚脂材料，经过形体设计后由厂家测绘并成型制作。

裸母线包覆选用了高质量的，在温升、导热系数、氧指数、耐老化性、耐温性能、电击穿强度、共频耐压方面符合电力行业标准要求的RS−MPG材质相色热缩绝缘材料（热缩绝缘管）。

母线接头的防护盒的制作：现场实际测绘接头的尺寸和形状，制成模具后将RS−MPG材质相色热缩绝缘管按模具形状热缩制成；设计制成的上述附件都经过电力科学院检测中心鉴定后使用。

3.2 GC-10型6kV配电柜和кпэсн型380V

配电柜绝缘改造的设计及实施

将配电柜内的裸母线作好记号后拆下，进行包覆RS−MPG材质相色热缩绝缘管，经均匀热缩回装；将母线的各部接头处制作加装RS−MPG材质的相色热缩绝缘防护盒，防护盒采取按扣形式。这种设计一方面提高母线的绝缘防护，另一方面主要考虑在母线维护作业时可以轻松地打开绝缘防护盒进行接头检查，为维护人员提供很大的方便。

按照母线室内母线的排列结构和要求，将母线室分段加装SMC材质的绝缘防护隔板，母线经DMC材质的穿墙套管穿过绝缘防护隔板，实现了母线室分段密闭隔离防护；母线室和出线电缆间隔的隔离防护也同样如此。这种防护设计大大降低因高温高湿引发的绝缘低爬电，增强了母线绝缘、密封的防护能力，母线绝缘故障容易导致“火烧联营”的情况有了彻底改观，另外又切断了老鼠等小动物进入母线室的通道。拆除GC−10型6kV开关间隔内原有的挑帘板机构以及在《反事故技术措施》中被禁用的环氧树脂绝缘隔板。根据间隔的防护特点将设计、加工成型的SMC材质绝缘隔板进行安装，在开关柜间隔母线静触头上加装DMC材质穿墙套管，将原挑帘板机构设计为DMC材质的触头盒结构。

这样改造使开关间隔的闭锁、开启防护功能得到改善，又增强了开关间隔的各项绝缘防护性能。拆除原俄罗斯380V低压开关间隔内酚醛树脂的母线定位结构件，设计安装成具有隔离、绝缘结构的DMC材质触头盒结构。这种结构应用在кпэсн型俄罗斯低压配电柜上增强了开关间隔内的各项绝缘防护性能（包括母线室与开关间隔的隔离绝缘防护），避免了因开关间隔故障扩大成母线室火烧联营的事故发生。

设计并制作出线层接头与在装电缆的全工况防护：将出线层裸引线包覆MPG材质的相色热缩绝缘管，接头加装MPG材质、按扣形式的防护盒防护。

4　现场防护实施的方法研究

该材料虽然具有较好的绝缘性能，但如在安装方法上不加注意，将达不到满意的效果，从而也就失去了进行绝缘防护的意义。根据实际安装过程中总结，须在如下几个方面加以重视：严把材料质量关，因该产品在出厂时有多个规格，主要从其厚度来加以区分；不同的厚度，其绝缘性能差别较大，其价格也相差较大；对某一规格的母排或导体必须选用规格大一号的材料来进行施工（如对于120的母排，须选用150的MPG热缩母排来进行加工）以保证加热时材料有足够的收缩量；在烤排过程中应先对金属母排进行预加热，套上绝缘母排后应加热均匀并排除绝缘材料与金属母排之间的空气间隙。否则将会在空气间隙处造成局部电场集中的缺陷。对于某些设备当相对地距离较大而相间距离不满足要求时可只对B相进行绝缘防护，这样也就相当于在不增加机械尺寸的情况下增大了相同的距离。

通过对该材料的化学性能分析和电气性能测试，可以看出采用此材料对电气设备进行绝缘防护理论上是可行的。施工也非常方便（对各种外形尺寸的设备均可在现场进行制作），对提高电气设备的综合绝缘水平有很好的作用，通过该项改造，可为将来变电站实现无人值班打下很好的基础。同时在配网的绝缘化处理及防污、增爬等方面也有很好的应用前景。

5　结束语

高低压配电设备选择的科学性、合理性对电网供电的可靠、安全至关重要。在具体的选用过程中，把现在高低压配电柜产品特性的准确把握和实际工程的需求有效地结合起来，才是解决高低压配电柜选型问题的关键。

GC−10型6kV室内变配电柜和кпэсн型俄罗斯低压380V配电柜绝缘改造后经过电气试验检查符合《电气设备预防性试验规程》标准条款要求，满足了国电公司《高压开关反事故技术措施》规定，大大增强配电柜电气绝缘防护性能。

参考文献

[1] 陈玉英, 施献红. 配电房高低压配电柜的选择[J]. 科技传播, 2013(2).

[2] 杨靖华. 低压配电柜的特性比较[J]. 科技致富向导, 2013(11).

[3] 赵冀. 高低压配电柜的特点及如何选型[J]. 电源技术应用, 2013(2).

[4] 陈德桂. 低压电器最新技术发展动态[J]. 低压电器, 2005(1): 3-7, 54.

收稿日期：（2015-06-20）