一起開關柜絕緣事故的分析及防范措施

沈牧宙 陳中楣 張建業

（寧波電業局 浙江 寧波 315016）

0 引言

高壓開關柜是以斷路器為主的電氣設備，其中包括斷路器手車、過渡觸頭手車、電流互感器、電壓互感器等。由于其結構簡單、操作靈活、占地面積小等優點，高壓開關柜在10kV、35kV電壓等級的電力系統中廣泛使用。在目前的電網設備中，高壓開關柜所占有較大比重，因此高壓開關柜事故在各種電壓等級開關設備事故中占有很大比例。近幾年，我局數次發生35kV開關柜絕緣擊穿事故，嚴重威脅電網的安全運行。

2011年4月，某220kV變電所發生了一起因35kV高壓開關柜絕緣擊穿導致主變壓器開關跳閘，致使35kVI段母線失電的事故。

1 事故情況

1.1 事故經過

1）2011年4月25日8點45分左右，操作站接到變電所值班保安報告：變電所內帶電設備著火，值班人員懷疑是35kV開關室戶外線路電纜頭著火；

2）8：48：01，35kV 3444 線過流Ⅰ段動作，開關跳閘，重合失?。?/p>

3）8：48：03，35kV 3695 線過流Ⅰ段動作，開關跳閘，重合動作；

4）8：48：04，35kVⅠ段母差保護動作，跳開 #1 主變 35kV、35kV 母分、3691、3695、#1 電容器、#3 電容器開關；

5）9：47，組織恢復了所用電，#2所變供所用電，并落實好防所用電全停事故預案。

1.2 事故現場情況

檢修人員對事故現場進行勘察后發現事故情況如下：

1）3444開關柜后柜門被氣浪沖開，內部CT及連接銅排都有不同程度燒壞（圖1）。

圖1

2）3695戶外線路電纜頭B相燒壞，其它兩相正常（圖2）。

圖2

3）#1所變柜前后柜門均被炸開，拉出#1所變手車發現所變高壓熔絲A相已炸得粉碎，#1所變母線側觸頭盒有串弧痕跡（圖3）。

圖3

1.3 事故處理

根據已損壞設備以及可能損壞設備，檢修人員制定了先對設備進行高壓試驗，通過試驗數據以及目測結合的方法確定需更換的設備，內容如下：

1）對開關柜內的母排進行了檢查，未發現放電痕跡；

2）對35kV1號、2號所變進行高壓試驗，試驗數據合格；

3）對3444線三相保護CT進行耐壓試驗，數據合格；3444柜內損壞的二次電纜作更換處理；拆除3444線損壞的兩只計量CT，待廠家備品到后裝復；

4）更換全部受損的動靜觸頭、絕緣套管、絕緣擋板；

5）更換開關機構受損的小活門；

6）修理彎曲變形的35kV母分過渡觸頭機構桿。

2 事故原因分析

根據現場情況，對造成故障的可能性因素進行排查，可得出引發此次故障的主要原因。

2.1 3444線＃7塔架空地線掉落在B相線路橫擔上，3444線B相接地故障，導致35kV II段母線A、C相電壓升高，造成3444A、C相計量CT絕緣擊穿、相間串弧故障，3444線過流Ⅰ段動作，開關跳閘，重合失敗。

2.2 3695出線電纜B相接地，導致35kV I段母線A、C相電壓升高，造成35kV#1所變A相高壓熔管炸碎，#1所變母線側觸頭盒A、B相之間有相間串弧痕跡。3695線過流Ⅰ段動作，開關跳閘，重合動作。相間故障造成35kVⅠ段母差保護動作，跳開#1主變35kV、35kV母分、3691、3695、#1 電容器、#3 電容器開關。

2.3 開關柜內潮濕空氣無法排出導致設備絕緣降低。檢修人員在設備發生故障后對其進行了檢查，檢查發現：35 kV開開關柜內母線倉、穿柜套管內壁、支柱絕緣子、絕緣擋板及開關柜門內壁存在較多的凝露，潮濕情況十分嚴重。目前，110kV及以上變電站內所有開關柜均安裝在室內，高壓開關室內雖然采取了加裝吸濕器的防潮措施，但是未能將開關柜內潮氣抽出。從現場情況看，已出現銹蝕、凝露等現象，說明事故現場空氣相對濕度比較高而沿面閃絡電壓與空氣相對濕度有很大關系，其關系見表一。由圖4可知，閃絡電壓隨著空氣相對濕度的增加而迅速下降。這是由于隨著空氣相對濕度的增加，絕緣件表面污穢中水溶性的鹽類得到了溶解，使其泄漏電流增大，閃絡電壓降低。事故發生當天正值陰雨天氣，空氣濕度較大，設備在運行過程中受潮而在絕緣表面產生凝露，以致附著污穢使絕緣降低。

圖4 閃絡電壓與相對濕度關系的示意圖曲線

2.4 為了達到縮小高壓開關柜體積、降低制造成本的目的，目前在10kV、35kV開關柜廣泛采用絕緣材料制成的絕緣擋板構成復合絕緣的模式。但是這個模式也存在著缺陷：由于絕緣檔板受環境因素影響很大，尤其實在潮濕的環境中，絕緣擋板更容易出現老化現象。

綜上所述，本次事故的主要原因是該35kV開關柜內潮氣嚴重，雖然開關室內裝有若干臺吸濕器，但是由于開關柜為封閉式的，導致柜內的潮氣難以抽出。絕緣件長期在潮濕的環境中時極易形成爬弧而絕緣閃絡放電現象。絕緣材料在多次放電的作用下，其內部結構發生變化而更易吸附空氣中的水分和其他導電物質。導電物質中的可溶性成分逐步溶解在水中成為電解質在絕緣件和絕緣擋板表面附著，從而使其絕緣性能大大降低。由于設備設計上的原因，該開關柜體積較小，導致內部導電設備與絕緣材料之間的間隙過小。這樣的運行條件下，35kV絕緣長期受潮，設備對地絕緣降低。恰好在此時發生的線路單相接地導致非故障相對地電壓升高為原來的1.73倍，絕緣材料在過電壓的持續作用下，最終導致絕緣擊穿的事故。

3 防范措施

3.1 在開關柜的檢修工作中因堅持“逢停必掃”的方針。根據開關柜的運行情況，制定嚴密的維護措施，并定期檢查開關柜內絕緣件的情況。在設備停電時，必須對其采取清潔措施。日常巡視中發現有異常放電聲的開關柜因作局放試驗或停電檢修。

3.2 日常巡視工作中，運行值班人員應檢查35kV開關室內除濕器是否正常運轉，檢查開關柜上溫濕度控制器及加熱器是否正常工作，除濕器、溫濕度控制器及加熱器等裝置若有缺陷，及時消缺。

3.3 開關室內應安裝空調。空調具有恒溫、除濕的作用，在它的作用下，開關室內空氣濕度能有效降低。在夏季和冬季，空調的恒溫作用能確保設備不受外部天氣影響而保持室內恒溫，減少因氣溫變化而導致的柜內潮氣產生。

3.4 嚴格執行國網公司頒布的18項反事故措施第11.13.2條款要求：高壓開關柜內的絕緣件(如絕緣子、套管、隔板和觸頭罩等)應采用阻燃絕緣材料(如環氧或SMC材料)，嚴禁采用酚醛樹脂、聚氯乙烯及聚碳酸脂等有機絕緣材料。杜絕因絕緣隔板起不到阻燃作用，殃及相鄰開關柜，造成事故擴大。

4 總結

35kV高壓開關柜是電力系統的重要設備之一，其運行狀態對電力系統的可靠性有著重大影響。通過對該起絕緣事故原因進行分析，并提出的相關防范措施，對預防類似事故起到了積極作用。另外，我們還要認真檢查設備運行情況，消除因天氣惡劣易發生放電的各種隱患。

［1］國家電網公司.國家電網公司十八項電網重大反事故措施[M].北京：中國電力出版社，2007.

［2］鄭慶偉.高壓開關柜絕緣故障原因分析[M].北京：電氣設備裝備出版社，2010.

［3］GB 50150－2006.電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準[S].

［4］嚴璋，朱德恒.高電壓絕緣技術[M].北京：中國電力出版社，2002.