35kV高压开关柜绝缘性能加强改造

任士荣

（山钢股份莱芜分公司能源动力厂，山东济南 271104）

引言

山东钢铁莱芜分公司能源动力厂电气车间管辖老区、银前区域发配电系统，共有4 座35 kV 变电站，其中35 kV 开关柜38 面、6 kV/10 kV 开关柜104面，主要担负着股份炼铁生产线及老区、银前区厂内供电任务，辖区内同时承担着2 台12 MW、3 台25 MW 及6 台TRT 发电机组并网任务，需要在生产过程中确保发配电系统安全运行，以维持热电生产稳定。

1 改造背景

近5 年来，该车间发生了8 起开关柜因电缆头击穿、绝缘子击穿、断路器真空度减低、穿柜套管断裂、避雷器烧毁、过电压保护器爆炸等绝缘故障引发的短路停电事故。

短路故障会造成如下后果：容易造成上级电网跳闸，扩大了事故影响范围；在绝缘薄弱点释放出巨大的冲击波，对设备、人身安全都是巨大的安全隐患；巨大的短路电流容易烧毁电机、变压器绕组，导致设备性能劣化，造成高额的维修成本；打破上下道工序的平衡，锅炉风机跳闸、给水中断，锅炉燃烧处于恶劣状态，影响发电机运行；造成TRT 跳机，导致煤气放散；造成高炉减风，严重会导致高炉灌渣停机，进而影响炼钢、轧材等后续工序，产生更大的经济损失。

2 开关柜绝缘下降原因分析

几次开关真空室击穿爆炸停电事故暴露出站内35 kV 开关存在真空强度不够的潜在安全隐患。电压互感器多次在系统单相接地时出现爆炸事故。站内35 kV 穿墙套管及开关柜内所有配套元器件均存在老化，设备绝缘性能劣化问题，系统存在薄弱点。

2.1 设备制造质量和工艺缺陷

高压开关柜的装配工艺和制造质量将会极大地影响其整体性和耐压性。1#35 kV 变电站所有35 kV 开关柜受空间限制，所有开关柜均是采用实地测量的非标产品，母排在安装时出现偏差或者在运行中振动位置偏移，母排和套管间的空气间隙不能均匀分布，相应的电场不均匀分布出现放电现象，随着时间的推移，造成母排表面的热缩套管绝缘层损坏；其次在支撑瓷柱处其紧固位置没有经过绝缘处理，不仅集中了电场局部场强，而且影响彼此的绝缘距离。

2.2 空气绝缘间隙过小

空气绝缘一般是指高压开关柜内带电体之间的绝缘，也包括带电体与大地之间的绝缘。《高压配电装置设计技术规程》（DL/T 5352-2018）中规定，35 kV空气绝缘的最小间隙为300 mm，10 kV空气绝缘的最小间隙为125 mm。由于空间限制和厂家节约成本的需要，并没有严格地控制空气绝缘的间距，有些不合格产品的绝缘间隙甚至低于100 mm；通过借助绝缘隔板增强绝缘性能，在一定程度上降低了相间或相对地短路事故发生频率，不过绝缘隔板主要材料一般为环氧树脂，极易受潮，再加上净距较短，在凝露条件下，造成绝缘隔板的电阻迅速下降并放电，导致母排相间或相对地短路。

2.3 环境影响

周围酸碱环境对绝缘材料的表面造成腐蚀，进而影响高压开关柜的绝缘性能；绝缘体长时间处于潮湿且灰尘比较大的场所，导致开关柜内湿度较大，极易产生事故，尤其闪络部位湿度达到83%时，故障机率增大。而绝缘材料采用的是环氧树脂，虽其本身性能优异承受能力强，但憎水性有较大的缺陷，极易引起绝缘电阻的阻值下降，当泄漏电流增大到一定的程度时，就会发生高压开关柜的污闪，进而引发相应安全事故。

2.4 断路器动静触头放电

高压开关柜采用的是小车式断路器，而断路器动触头采用的梅花触头，当动触头插入静触头时，触头的外圆柱面与众多触指的内圆弧面接触不吻合，导致接触面积过小，这与小车式断路器多次操作拉出推进或者小车式断路器检修后并未作触头位置细致调整有关。另一方面，发电机在并网瞬间，柜体和开关会产生位移变化，导致触头间的电阻增加产生电弧。综合两方面因素，均会导致触头之间接触不良，接触电阻明显增加，造成放电而发生绝缘故障。

3 改造实施方案

主要从更换绝缘部件、改善环境、优化布局、技术改造和维护管理等方面开展工作，提出了选用优质绝缘材料、带电设备进行合理布置、改善运行环境等具体改造方案。通过增加智能通风除湿装置和远程温度监控装置，应用局部放电检测技术，提升了高压开关柜绝缘性能，确保了设备的安全稳定。

3.1 提升绝缘部件性能

（1）35 kV 绝缘改造涉及多个开关柜和多种绝缘部件的更换，包括断路器、穿柜套管、支持绝缘子、避雷器、电压抽取绝缘子、触头盒、绝缘隔板、电压互感器更换及主母线加装热缩套管等。

（2）将断路器更换为投切电容断路器，真空度更高，耐压、灭弧能力更强大；将触头盒、套管、避雷器等更换成带屏蔽结构的防污绝缘件，有较强的隔电能力，不易漏电，减少绝缘子闪络的机会。同时将硅脂涂敷在绝缘子和绝缘套管上，防止绝缘子表面潮湿。规范开关柜内紧固螺栓，使用带防雨帽螺母，均匀此部位电场强度分布。

（3）在穿柜套管、绝缘子内部、断路器静触头母排处等易发生绝缘故障的位置喷涂防污闪涂料。绝缘性能良好的防污闪涂料，具有较好的阻燃和导热性能，不会吸附灰尘；还可利用氟材料，表面张力较低，自洁性能较为优异，憎水性、绝缘性、憎油性等性能都较好。借助这些防污闪涂料能较好地处理高压开关柜的绝缘故障，提高其绝缘性能。

3.2 改善配电柜内环境影响

环境湿度较高的开关柜内添加除湿装置，将开关柜内的潮湿空气，抽到抽湿器的凝露室，进行气、水分离，使柜内的空气流动，以达到开关柜内部空气干燥的效果。除湿装置的工作模式可设置成全自动模式，当相对湿度高于50%时，抽湿器自动投入工作；湿度低于40%时自动停止抽湿。

3.3 增加绝缘间隙

（1）针对高压开关柜绝缘爬距和空气间隙不够的问题，选用增强型绝缘电流互感器代替普通电流互感器。增强型电流互感器整体尺寸较小，设备周围保护裙边的范围较大，既加强了绝缘效果，又实现了对周围接头的保护。

（2）将原有的并列分支母排调整为间错母排，加大母排与绝缘热缩套和母线桥后柜的距离，增加了导体之间的电气距离。

3.4 加强高压开关柜在线监测技术

高压开关柜长期运行，电缆头、触头及母排等连接处因老化或负载电流过大而出现温升，最终可能导致突发断电。因此，在高压开关柜内的动静触头、电缆接头处安装温度测控装置，利用高压开关柜绝缘故障的在线监测，保证高压开关柜的正常运行，提高电力系统的运行可靠性和自动化程度。

高压开关柜中不仅电场作用会引起绝缘劣化，而且机械力和热或者两者与电场的共同作用，都会导致绝缘性故障。所以应定期对高压开关柜进行超声波检测、局部放电红外成像及高频局部检测，发现异常及时处理。

4 改造效果

通过对高压开关柜整体更换绝缘部件、选用优质绝缘材料；对带电设备进行合理布置，改善运行环境；增加智能通风除湿装置和远程温度监控装置；利用局部放电检测等技术的应用，提升了高压开关柜绝缘性能，确保了设备的安全稳定运行。

绝缘加强改造一年来没有因站内设备问题发生停电事故，改造后温度在线监测正常，多次对开关柜进行超声、红外监测，检测结果均正常，设备运行良好。高压开关柜绝缘改造后，提高了辖区内设备运行可靠性，为实现电力的稳定供应，保证上下道工序顺利衔接做出了应有的贡献。