一起開關(guān)柜絕緣事故的分析及防范措施

沈牧宙 陳中楣 張建業(yè)

（寧波電業(yè)局 浙江 寧波 315016）

0 引言

高壓開關(guān)柜是以斷路器為主的電氣設(shè)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(jié)構(gòu)簡單、操作靈活、占地面積小等優(yōu)點，高壓開關(guān)柜在10kV、35kV電壓等級的電力系統(tǒng)中廣泛使用。在目前的電網(wǎng)設(shè)備中，高壓開關(guān)柜所占有較大比重，因此高壓開關(guān)柜事故在各種電壓等級開關(guān)設(shè)備事故中占有很大比例。近幾年，我局數(shù)次發(fā)生35kV開關(guān)柜絕緣擊穿事故，嚴重威脅電網(wǎng)的安全運行。

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

1 事故情況

1.1 事故經(jīng)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(nèi)帶電設(shè)備著火，值班人員懷疑是35kV開關(guān)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(guān)跳閘，重合失敗；

3）8：48：03，35kV 3695 線過流Ⅰ段動作，開關(guān)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(guān)；

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

1.2 事故現(xiàn)場情況

檢修人員對事故現(xiàn)場進行勘察后發(fā)現(xiàn)事故情況如下：

1）3444開關(guān)柜后柜門被氣浪沖開，內(nèi)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(fā)現(xiàn)所變高壓熔絲A相已炸得粉碎，#1所變母線側(cè)觸頭盒有串弧痕跡（圖3）。

圖3

1.3 事故處理

根據(jù)已損壞設(shè)備以及可能損壞設(shè)備，檢修人員制定了先對設(shè)備進行高壓試驗，通過試驗數(shù)據(jù)以及目測結(jié)合的方法確定需更換的設(shè)備，內(nèi)容如下：

1）對開關(guān)柜內(nèi)的母排進行了檢查，未發(fā)現(xiàn)放電痕跡；

2）對35kV1號、2號所變進行高壓試驗，試驗數(shù)據(jù)合格；

3）對3444線三相保護CT進行耐壓試驗，數(shù)據(jù)合格；3444柜內(nèi)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(fù)；

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(guān)機構(gòu)受損的小活門；

6）修理彎曲變形的35kV母分過渡觸頭機構(gòu)桿。

2 事故原因分析

根據(jù)現(xiàn)場情況，對造成故障的可能性因素進行排查，可得出引發(fā)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(dǎo)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(guān)跳閘，重合失敗。

2.2 3695出線電纜B相接地，導(dǎo)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(cè)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(guān)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(guān)。

2.3 開關(guān)柜內(nèi)潮濕空氣無法排出導(dǎo)致設(shè)備絕緣降低。檢修人員在設(shè)備發(fā)生故障后對其進行了檢查，檢查發(fā)現(xiàn)：35 kV開開關(guān)柜內(nèi)母線倉、穿柜套管內(nèi)壁、支柱絕緣子、絕緣擋板及開關(guān)柜門內(nèi)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(nèi)所有開關(guān)柜均安裝在室內(nèi)，高壓開關(guān)室內(nèi)雖然采取了加裝吸濕器的防潮措施，但是未能將開關(guān)柜內(nèi)潮氣抽出。從現(xiàn)場情況看，已出現(xiàn)銹蝕、凝露等現(xiàn)象，說明事故現(xiàn)場空氣相對濕度比較高而沿面閃絡(luò)電壓與空氣相對濕度有很大關(guān)系，其關(guān)系見表一。由圖4可知，閃絡(luò)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(luò)電壓降低。事故發(fā)生當天正值陰雨天氣，空氣濕度較大，設(shè)備在運行過程中受潮而在絕緣表面產(chǎn)生凝露，以致附著污穢使絕緣降低。

圖4 閃絡(luò)電壓與相對濕度關(guān)系的示意圖曲線

2.4 為了達到縮小高壓開關(guān)柜體積、降低制造成本的目的，目前在10kV、35kV開關(guān)柜廣泛采用絕緣材料制成的絕緣擋板構(gòu)成復(fù)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(huán)境因素影響很大，尤其實在潮濕的環(huán)境中，絕緣擋板更容易出現(xiàn)老化現(xiàn)象。

綜上所述，本次事故的主要原因是該35kV開關(guān)柜內(nèi)潮氣嚴重，雖然開關(guān)室內(nèi)裝有若干臺吸濕器，但是由于開關(guān)柜為封閉式的，導(dǎo)致柜內(nèi)的潮氣難以抽出。絕緣件長期在潮濕的環(huán)境中時極易形成爬弧而絕緣閃絡(luò)放電現(xiàn)象。絕緣材料在多次放電的作用下，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而更易吸附空氣中的水分和其他導(dǎo)電物質(zhì)。導(dǎo)電物質(zhì)中的可溶性成分逐步溶解在水中成為電解質(zhì)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(shè)備設(shè)計上的原因，該開關(guān)柜體積較小，導(dǎo)致內(nèi)部導(dǎo)電設(shè)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(shè)備對地絕緣降低。恰好在此時發(fā)生的線路單相接地導(dǎo)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(xù)作用下，最終導(dǎo)致絕緣擊穿的事故。

3 防范措施

3.1 在開關(guān)柜的檢修工作中因堅持“逢停必掃”的方針。根據(jù)開關(guān)柜的運行情況，制定嚴密的維護措施，并定期檢查開關(guān)柜內(nèi)絕緣件的情況。在設(shè)備停電時，必須對其采取清潔措施。日常巡視中發(fā)現(xiàn)有異常放電聲的開關(guān)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(yīng)檢查35kV開關(guān)室內(nèi)除濕器是否正常運轉(zhuǎn)，檢查開關(guān)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(guān)室內(nèi)應(yīng)安裝空調(diào)。空調(diào)具有恒溫、除濕的作用，在它的作用下，開關(guān)室內(nèi)空氣濕度能有效降低。在夏季和冬季，空調(diào)的恒溫作用能確保設(shè)備不受外部天氣影響而保持室內(nèi)恒溫，減少因氣溫變化而導(dǎo)致的柜內(nèi)潮氣產(chǎn)生。

3.4 嚴格執(zhí)行國網(wǎng)公司頒布的18項反事故措施第11.13.2條款要求：高壓開關(guān)柜內(nèi)的絕緣件(如絕緣子、套管、隔板和觸頭罩等)應(yīng)采用阻燃絕緣材料(如環(huán)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(guān)柜，造成事故擴大。

4 總結(jié)

35kV高壓開關(guān)柜是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，其運行狀態(tài)對電力系統(tǒng)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(guān)防范措施，對預(yù)防類似事故起到了積極作用。另外，我們還要認真檢查設(shè)備運行情況，消除因天氣惡劣易發(fā)生放電的各種隱患。

［1］國家電網(wǎng)公司.國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)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(guān)柜絕緣故障原因分析[M].北京：電氣設(shè)備裝備出版社，2010.

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

［4］嚴璋，朱德恒.高電壓絕緣技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2002.