提高开关柜运行可靠性的技术措施

李豹生

摘  要：针对近年来山西地电电网发生了多起开关柜故障引起的停电及主设备损坏事件，部分35KV开关柜运行中发生局部放电隐患。在对主要开关柜生产厂商、型号进行深入调研，分析了当前高压开关柜在开关柜设计、生产、安装运维过程中存在的主要不足后，针对性提出改进措施。

关键词：开关柜故障;局部放电隐患;改进措施

0引言

通过大量调查，发现在国内各类输配电公司中开关柜事故占比在电网系统内非常普遍。本文通过对开关柜典型故障及放电情况进行分析，结合国家能源局等部委、国家电网公司等企业技术标准规范对国内主要开关柜生产厂商、型号开展调研，深入了解、分析了当前高压开关柜在开关柜设备设计、生产、安装运维过程中存在的主要不足后，针对性提出改进措施。

1、开关柜常见缺陷

经过分析归类，国内电网目前开关柜缺陷主要集中在结构设计缺陷、加工工艺缺陷、装配工艺缺陷、绝缘材料缺陷以及运行环境潮湿等方面。

1.1设计制造缺陷

（1）开关柜空气绝缘净距离不满足要求：

这是目前制约国内开关柜安全运行的最主要问题。根据《3.6kV～40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》（DL/T404-201X）对最小空气间隙的要求：空气绝缘净距离：≥125mm（对12kV），≥300mm（对40.5kV）;以空气和绝缘板组成的复合绝缘，带电体至绝缘板间最小空气间隙：≥30mm（对12kV），≥60mm（对40.5kV）;《导体和电器选择设计技术规定》（DL/T5222-2005）、国家能源局、国网反措都要求35kV开关柜外绝缘应满足以下条件：空气绝缘净距离≥300mm，如开关柜采用复合绝缘或固体绝缘封装等可靠技术，可适当降低其绝缘距离要求。但未明确“适当”的具体数值。

为了统一，《国家电网公司关于印发电网设备技术标准差异条款统一意见的通知》（国家电网科〔2014〕315号）：第5条关于高压开关柜空气绝缘净距离限制的问题中说明：对于40.5kV开关柜，采用复合绝缘，导体间、导体对地绝缘净距不小于240mm。国家电网最新十八项反措（2018修订版）12.4.1.2.3条已经明确规定：“新安装开关柜禁止使用绝缘隔板，即使母线加装绝缘护套和热缩绝缘材料，也应满足空气绝缘净距离的要求”。

但是目前大量使用的35kV开关柜的宽度为1.3m-1.4m，除掉三相母排的宽度，实际上空气净距均无法满足≥300mm的要求。

（2）触头盒、套管无屏蔽：

2000年之前生产的开关柜断路器触头盒、套管未采用屏蔽结构设计，导致内部电场强度分布不均匀，易引发局部放电，长时间的放电使绝缘材料电老化，导致击穿事故的发生。

（3）相间绝缘隔板设计缺陷：

近年35kV开关柜逐步实现小型化，造成柜内空气绝缘距离较小，开关柜厂商在相间增加不规范的SMC绝缘隔板。不仅减小空气净距，还会改变电场分布，更容易产生放电，同时设计加装隔板（有时是现场加装）时还存在结构缺陷，如：1）由于相间绝缘板设计太长，伸入到电缆室触头盒相间搭接处，从而加剧了触头盒搭接处小缝隙之间的放电。2）绝缘隔板与柜体连接处存在小缝隙，造成局部放电。

（4）除湿设计缺陷：

某些开关柜内加热除湿装置设计存在缺陷，不能及时有效排除柜内潮气，容易形成凝露，造成击穿事故。

1.2装配工艺缺陷

（1）柜内部件与设计位置有偏移：

由于安装工艺管控不到位，部分开关柜内部件与设计位置有偏移，如穿墙套管中母排搭接位置不妥，而且母排不居中，搭接位置的金属尖端紧挨套管内壁。

（2）电场集中部位未采取相应措施：

高压开关柜内的进出线套管、机械活门、母排拐弯处等场强较为集中的部位，应采取倒角打磨等措施，防止电场畸变。

（3）柜内部件未紧固到位：

部分开关柜内部件，如SMC绝缘隔板、各类紧固螺栓等未紧固，由此造成悬浮电极缺陷，进而产生放电。

1.3选材缺陷

该类缺陷集中在复合绝缘材料的选型，主要是热缩套、绝缘隔板等：

（1）复合绝缘材料寿命较短。

（2）复合绝缘表面憎水性较差。

（3）部分SMC隔板阻燃性较差。

1.4其他缺陷

（1）运行环境污秽严重，柜内元器件表面积污严重，导致泄漏电流增大，易加速外绝缘有机材料老化，最终导致击穿事故的发生。

（2）运行环境湿度大，加之环境温度变化时，会产生凝露现象，易发生放电现象。

二、开关柜整改措施

2.1针对绝缘距离不足及绝缘材料缺陷引起的绝缘缺陷：

（1）源头把关，新建、扩建工程应严格按照相关标准、最新反措进行订货和验收，对产品说明书、型式试验报告、出厂试验报告及产品图纸等资料的准确性和真实性进行核实，同时交接试验必须严格按照相关标准进行，严禁缺漏项，谨防不合格产品进入电网。不盲目追求开关柜小型化（严格执行国家电网2018版反措，使用空气绝缘的，禁止使用絕缘隔板，严格空气绝缘净距离）。

（2）逐步更换系统内不合格绝缘热缩护套，所用绝缘材料必须通过老化试验，并提供试验报告。热缩绝缘材料老化寿命应大于20年。绝缘包封改造不仅应满足防潮、抗老化要求，且包封后不应影响母排的通流能力和散热效果。绝缘护套表面应印刷厂家、型号、批次及生产日期。

（3）逐步更换选用经试验合格的绝缘件（绝缘隔板应选用耐电弧、耐高温、阻燃、低毒、不吸潮且具有优良机械强度和电气绝缘性能的材料。要求开关柜制造厂提供绝缘隔板相关技术指标的证明材料。更广泛地采用新型配方的环氧树脂绝缘件，满足V0级阻燃要求的SMC绝缘板，开关柜中所有绝缘件装配前均应进行局放检测，单个绝缘件局部放电量不大于3pC。有条件时，开关柜外绝缘建议进行凝露条件下的耐压试验）

（4）绝缘件表面涂抹憎水材料，SMC绝缘板边缘采取防潮措施。

2.2针对装配工艺缺陷导致电场不均匀以及电场集中部位引起的局部放电：

（1）逐步将单屏蔽穿墙套管及触头盒更换为双屏蔽，有效消除电场集中问题，使电场分布均匀。

（2）高压开关柜内的进出线套管、机械活门、母排拐弯处等场强较为集中的部位，应采取倒角打磨等措施，防止电场畸变。

（3）裁剪不必要的绝缘隔板;增大绝缘隔板与柜体间的连接缝隙，避免存在悬浮电位缺陷。高压开关柜母线室内不应采用绝缘隔板，断路器室不宜采用绝缘隔板。

（4）绝缘护套包裹工艺应满足要求。

（5）针对穿墙套管中母排搭接位置不妥，母排不居中，搭接位置的金属尖端紧挨套管内壁缺陷，合理安排停电检修，根据图纸，重新装配，并在完工后进行细致检查。

（6）铜排宽度不得小于静触头直径。

（7）运维检修过程中，应使用力矩扳手，对开关柜内各紧固螺栓进行紧固，并进行细致检查。

2.3针对运行中因环境污秽、潮湿，开关柜封堵不严，通风不畅、开关柜凝露引发的放电：

（1）定期清扫柜内积污。

（2）加热和去湿功能分离，去湿装置采用多点布置低功率常投方式。或者适当加大目前运行的加热器功率。因为凝露可能在任何温度情况下发生。所以去湿装置应该一直投运。（加热、驱潮装置及控制元件的绝缘应良好，装置与各元件、电缆及电线的距离应大于50mm，开关柜内所有的二次导线宜用阻燃型软管或金属软管或线槽进行全密封）。

（3）加强电缆一二次沟至开关柜密封措施，提高开关柜防护等级，防止灰尘进入柜体。

（4）配电室内外电缆一次沟增加通风管路及格栅。特别潮湿的地区及环境下可增加大功率轴流风机在电缆沟进行通风驱潮。

三、开展开关柜带电检测工作

目前系统内未有效开展开关柜带电检测工作（局放及红外测温），主要原因是专业的检测仪器和人员配置不足且状态检测试验数据管理不规范，对检测数据缺乏管理，未深入开展开关柜状态评价工作，导致不能及时发现缺陷。目前除依靠每年度春检春试发现问题外，日常依靠运维人员按照周期巡视来发现开关柜内存在异响或开关柜室内异味，再根据个人主观判断声音的大小和异味的轻重来汇报诊断，根据经验判断是否停电处理。另外由于开关柜涉及到配网供电可靠性，很难长时间、大面积停电处理，一般仅对放电声音较大的个别开关柜进行积污清扫等简单的处理工作。无法确保开关柜局部放電隐患能得到及时发现和有效处理。根据能源局及国网反措要求：每年迎峰度夏（冬）前应开展超声波局部放电检测、暂态地电压检测，及早发现开关柜内绝缘缺陷，防止由开关柜内部局部放电演变成短路故障。因此建议有效开展开关柜带电检测工作。

参考文献：

[1]《3.6kV～40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》（DL/T404-201X）.

[2]《导体和电器选择设计技术规定》（DL/T5222-2005）.

[3]国家电网有限公司十八项电网重大反事故技术措施（修订版）2018版.

[4]国家能源局《防止电力生产事故的二十五项重点要求》（2014）161号.

[5]《国家电网公司关于印发电网设备技术标准差异条款统一意见的通知》（国家电网科〔2014〕315号）.

[6]国家电网公司《开关柜技术监督全过程精益化管理实施细则》.

[7]江苏省电力公司电力科学研究院提高开关柜运行可靠性的技术措施调研报告.