封闭式10kV配电所高压开关柜绝缘问题分析

迟志鹏 史磊

摘要：通过对一起封闭式10kV配电所高压开关柜绝缘故障分析，排查故障原因，提出解决对策

关键词：封闭式；高压开关柜；绝缘；分析

近年来，封闭式10kV配电所高压开关柜在铁路电力系统中得到了广泛应用，我局新建、改建10kV配电所高压开关柜和远动箱变基本上采用了封闭式的，其优势在于占地面积小，工程造价较低，安全防护措施到位，操作人员误操作的可能性较低。同时，因采用封闭式，其绝缘距离进一步减小，母线、套管等设备全部封闭，基本上不需要进行维护和检修，大大减少了日常工作量。但在实际的运行过程中，也发生了多起绝缘故障，对信号供电安全造成了威胁。通过对发生的一起故障进行分析，查找故障发生的原因，提出解决问题的方法。

一、故障分析

1.1 故障现象

2012年9月22日，蓝烟线某10kV配电所II段母线出现单相接地故障，随后出现一声异响，II段母线停电，同时上一级地方电源跳闸，故障电流2001A。经过巡视发现，三相短路点在II段母线与电容器开关柜连接的上触头处。（此时，电容补偿装置一直未投用）

1.2现场检查

通过对故障的设备的试验发现，三相母排对地绝缘值均低于0.1兆欧（GB50150的标准为不低于300兆欧）；耐压试验达到1.5kV时（GB50150的单项对地耐压不低于42kV），母线穿柜套管多处出现放电现象，触头盒相间电弧接近短路状态；开关柜内的空气湿度达到94%。

1.3原因分析

初步分析认为绝缘套管和触头盒受环境影响导致局部对地放电，线路单相接地后，又因非故障相对地电压升高加剧了放电现象，产生了相間短路，进而发展为三相短路，致使II段母线停电，同时将上一级电源顶掉，影响供电安全。主要原因如下：

1.3.1密封开关柜内湿度较大造成放电

故障发生后，将开关柜打开，发现柜内壁上存在有大量水珠凝结，初步分析认定是由于“凝露”现象造成的。

该10kV配电所地处沿海，空气湿度较大，湿气中含有大量的盐分，故障触头盒和套管表面附盐密度比较高，且触头盒与母排连接处因开口朝上而有大量的白色结晶体出现，主要成分是氯化纳。该导电物质必然导致电场不均匀而出现局部放电现象，该现象不仅出现在触头盒和绝缘套管处，母线的支持瓷瓶的根部和端部都出现了该现象，在开关柜内壁上也存在部分结晶体。在线路出现单项接地时，未接地的相电压抬高至10kV，在柜内绝缘薄弱处首先发生放电，因柜内空间较小，且湿度较大，引发了相间短路，最终扩大为三相短路。因此，“凝露”现象是造成该次故障的主要原因。

1.3.2瓷瓶爬距存在设计缺陷

母线支持瓷瓶爬距偏小是发生故障的另一原因。作为纯空气绝缘的电气设备，《高压配电装置设计技术规程》中明确规定，10kV系统纯空气绝缘的最小间隙为125mm。从交流耐压试验的结果，并结合故障分析可以看出，10kV高压开关柜柜内带电体的相与相间、相与地间的最小空气绝缘间隙低于125mm的，容易发生事故，而湿度对交流耐压试验的结果影响较大。因开关柜内空间狭小，并且沿海地区的潮湿环境，湿度较大，必须对绝缘设备做特殊的设计，加大爬距，增大空气绝缘的间隙，以满足安全运行的需要。设计未针对该配电所所处的地理环境，采取其它的补强措施，仍采用普通绝缘子，从设计源头上就留下了隐患。

1.3.3日常的巡视和检查不到位

故障发生后，对值班人员进行了了解，部分值班员曾听到过柜内存在“呲呲”的放电异响，均认为是正常的放电现象，也未向车间技术人员进行汇报和确认，导致未及时发现存在的隐患；同时，每年度的预防性试验，相关技术人员对该柜内设备发现的结晶体未引起重视，安全隐患未及时发现，也未组织处理，设备一直带病运行，最终导致了本次故障的发生。

二、应对对策

2.1开关柜增加通风除湿设备

开关柜内部十分紧凑，空间狭小，为保证在高湿潮湿环境下高压开关柜的绝缘电阻仍处于较高水平，对柜内防潮、防凝露提出了更高的要求。一是对开关柜的运行环境随气候变化进行改善，在室内加装除湿设备，防止湿度过高引起开关柜内绝缘放电、闪络；二是在夏秋季，环境温度较高，设备负荷电流较大，散发的热量较多，通过加强高压室内的通风排热来降低设备温升，减少潮湿空气对流，防止湿气进入开关柜内部；三是在开关柜合理位置内加装加热器，通过空气加热除湿，改善柜内运行环境，同时，由值班人员根据工作环境状态人工控制加热器的投入、切除，保证柜内的湿度满足安全运行的需要。

2.2优化开关柜的设计方案和安装方案

一是设计根据现场环境的现状，提出加强开关柜内绝缘的具体措施，在根本上解决绝缘闪络的问题，满足现场安全运行的需要；二是对绝缘套管进行适当改造，将绝缘套管光滑的表面制作成波纹状，以增加绝缘爬距，在不改变开关柜基本结构的情况下，尽可能增大绝缘爬距，提高安全系数，减小绝缘套管爬电的几率；三是开关柜的选型在满足现场需要，要优先选用密封性能好、耐腐蚀的开关柜，电力电缆与高压柜的连接处的密封防潮措施要到位，从源头上解决开关柜内湿度大的问题。

在有条件下的情况下，尽可能将高压室建在二楼以上的数层，可以有效脱离地面湿气的干扰。

2.3不断提高职工业务素质

加大对值班人员和检修人员的培训力度，不断提高职工业务素质，要求必须掌握开关柜的内部接线和原理，具备对异响等情况进行初步分析和判断的能力，改变以往值班员光听电话，不能进行故障的初步分析和判断的问题；充分发挥年度预防性试验的作用，利用难得的停电检修有利时机，发现隐患，解决隐患，切实提高设备质量，将隐患消除在萌芽状态，确保信号供电安全。

三、结束语

开关柜的绝缘故障，在铁路供电系统时有发生，本文针对管内发生的一起故障进行了分析，原因分析和对策具有一定的局限性，开关柜的凝露现象很普遍，原因就是进入柜内的潮湿气没有很好的疏散通道。如果采用良好的密封结构，采取必要的技术措施，加大绝缘爬距，同时提高检修质量，同类的故障是可以避免的。