開關柜放電原因分析與治理

王琪，李秋香，王曉健，張連升，宋樂永

（1.青州市供電公司，山東濰坊262500；2.杭州和利時自動化有限公司，山東濟南250014）

開關柜放電原因分析與治理

王琪1，李秋香2，王曉健1，張連升1，宋樂永1

（1.青州市供電公司，山東濰坊262500；2.杭州和利時自動化有限公司，山東濟南250014）

分析KYN61-40.5型交流金屬封閉開關柜在運行及維護中發現的問題，對開關柜放電原因進行詳細分析和總結，在此基礎上提出防止開關柜放電的治理措施，并對開關柜在生產安裝工藝、安全運行管理等方面提出建議。

KYN61；開關柜；放電；原因；治理

0 引言

隨著電網的不斷發展，KYN61系列開關柜在變電站中得到大量應用，其金屬封閉鎧裝的結構設計，具有結構緊湊、占地面積小等優點。但該型開關柜生產廠家多，產品質量與施工工藝良莠不齊，在日常運行維護中發現開關柜內部存在放電問題，如果設備放電不能及時處理，會造成部分設備絕緣更加薄弱，引起更嚴重的事故［1］。經過認真調查，對KYN61系列開關柜放電的原因進行分析，針對存在的問題提出相應的治理措施，減少該類設備的放電事故，提高該類開關柜的安全運行水平。

1 概述

1.1 KYN61系列開關柜結構

開關柜主要由柜體和手車兩大部分組成。柜體由手車室、母線室、電纜室和低壓室4個單獨的隔室組成（圖1）；手車主要由真空開關（或其它功能元件）和底盤車兩部分構成。母線排與引流排用熱縮絕緣套封裹，手車小巧，采用梅花觸頭，導向性好。開關、手車、接地開關及柜門之間的聯鎖均采用強制性機械閉鎖方式，滿足“五防”功能。

1.2 放電事故

2013年7月10日，運行人員對110 kV峱山變電站進行雨后特巡工作，進入35 kV開關室后聽到Ⅱ段母線所在開關柜存在“噼噼啪啪”不連續放電聲音，聲音時大時小，并嗅到了臭氧氣味。當天晚上的熄燈巡視檢查排除了柜內其他設備放電的可能性，對Ⅱ段母線進行停電檢查，發現母線套管內存在凝露并且積塵嚴重，凝露造成開關柜內復合絕緣材料上產生細小水珠，母線搭接點螺絲對母線套管放電。

圖1 KYN61系列開關柜結構

2013年9月9日，110 kV峱山站1號主變35kV側301開關復壓Ⅰ段過流跳閘，經檢查發現，35 kV母線柜內放電嚴重，35 kVⅠ段PT31Y開關柜內互感器引線連接螺絲對柜體放電，拉弧后灼燒環氧樹脂絕緣表面和絕緣護套造成嚴重積炭。

2 開關柜放電原因分析

2.1 電氣安全距離偏小

KYN61系列開關柜是滿足35 kV室內布置而采用的一種新的配電裝置，鑒于滿足該電壓等級下的室內布置，其裝置設計緊湊，從近幾年來運行情況看，普遍反映柜體尺寸偏?。?］。經過測量，開關三相動觸頭之間的距離為250 mm，三相引線之間最大距離為295 mm，圖2所示。

圖2 開關觸頭和引線間距

相與相之間、相與地之間空氣凈距小，達不到室內配電裝置凈距300 mm的要求，這是此類裝置的先天缺陷。

圖3 套管和內部母線尺寸

開關柜內母線與套管間隙放電，中壓開關柜多使用矩形母線，母線穿越套管處由于受到安裝條件的限制，在帶電母線與套管之間形成大小不一的間隙，造成母線與套管間隙內的場強分布不均勻，間隙小的位置電位差大造成間隙擊穿，母線對套管放電。

測量發現套管內矩形母線距離套管內壁最大距離為125 mm，最小距離為80 mm，如圖3所示。相同絕緣條件下，套管內部場強不均勻造成套管內部絕緣老化程度不同，絕緣薄弱處容易放電。

2.2 產生尖端電暈放電

柜內母線和元器件的制作雖經過倒角處理，但存在棱角、毛刺，連接件處螺絲過長，導致絕緣表面電場分布很不均勻，引起尖端電暈放電。當局部電場強度達到臨界場強時，氣體發生局部電離，出現藍色熒光并發出“嘶嘶”放電聲［3］。放電熱效應容易使復合絕緣材料釋放出臭氧、氮的氧化物，這些氣體都會使絕緣體絕緣性能降低甚至破壞。開關柜內和高壓套管內存在母線搭接點，且螺桿留絲過長，存在尖端放電點。

2.3 過電壓造成局部放電

正常運行電壓和絕緣條件下，不會造成設備的絕緣擊穿產生局部放電，但是在系統產生擾動過電壓，例如諧振過電壓、雷擊過電壓等會造成電力設備絕緣處于足夠強的電場下，會造成引起絕緣閃絡，誘發相間或弧光短路事故和單相對地弧光接地事故［4］。

母線電壓互感器抗諧振能力較差，特別是存在鐵廠熔煉設備等諧波源時，諧波作用使電壓互感器發生鐵磁諧振，諧振過電壓的幅值能達到3～3.5倍相電壓，極有可能造成絕緣薄弱處閃弧放電。

2.4 自然通風散熱效果差

KYN61系列開關柜采用封閉式結構，內部的手車室、母線室、電纜室和低壓室之間也是相互獨立的，設計制造時柜體結構未充分考慮合理有效的自然通風散熱問題。

由于KYN61系列開關柜是全封閉式結構，沒有透氣孔，且出線全是電纜出線，電纜溝上來的潮氣易積聚在柜內，加之柜內通風不暢，當環境溫度變化時，易產生凝露，造成絕緣強度降低。開關柜內由于大量采用了壓鑄環氧樹脂為材料的絕緣部件，尤其是高壓電纜外絕緣層、環氧澆注電流互感器、酚醛環氧絕緣罩、相間隔板等復合絕緣材料的憎水性較差，若絕緣材料材質不好，空氣濕度大且污穢嚴重，運行中會導致吸潮凝露，導致表面泄露電流增大。當介質受潮、臟污或有破損時，由于潮濕，介質表面的游離電子增加，引起傳導電流增加，絕緣電阻相應降低，絕緣下降到一定程度時即引起局部沿面放電閃絡，最終發展成相間短路或接地短路事故［5-6］。

2.5 施工工藝達不到要求

變電站內電纜溝施工工藝粗糙，電纜溝內部未經嚴格壓光處理，后續改造工程野蠻施工，造成電纜溝壁崩塌，導致蓋板不能正常就位。電纜溝封堵不嚴造成電纜溝內布滿塵土，塵土通過柜底部縫隙進入開關柜內部，使支持絕緣子、套管等絕緣件積塵嚴重，出現污垢和放電現象。

3 開關柜放電治理

3.1 強化絕緣措施

更換部分放電嚴重的母線穿墻套管和相間絕緣擋板。由于持續放電作用，部分母線套管和開關柜內的相間絕緣擋板的絕緣已經破壞，無法保證設備的安全運行，所以更換部分母線套管和相間絕緣擋板，并對絕緣擋板進行倒角處理；清除開關柜內灰塵和積炭黑斑，同時對母線套管內部進行灰塵清除和防污閃處理。更換TG3-40.5型套管12只，更換高強度環氧樹脂絕緣擋板50塊，清掃KYN61型開關柜30面。

帶電體的絕緣化處理。采用硅橡膠絕緣涂料對母線進行絕緣化處理，重新用HX-35型母線熱縮管對開關柜內所有母線及導體進行絕緣處理。這種熱縮套管具有耐高溫（125℃），阻燃性能好（VW-1）等優點。通過施工，絕緣化處理TMY-100×10型主母線186 m，支母線205 m，母線搭接處重新用阻燃的T形絕緣罩處理。

用35 kV半導電膠帶將相間拐角處容易產生尖端放電的銅排搭接頭的螺栓部位包覆，盡量使其包扎頭形成球體，以消除接頭外的電氣不均勻分布，消除尖端放電點，再用35 kV熱縮管加大范圍包裹，以阻斷放電通道［7］。

調整套管內母線位置，使其盡量居中，從而改善套管內部電場分布，使之盡量均勻，有效提高空氣間隙的擊穿電壓，還可減輕或避免電暈現象，減緩套管的絕緣老化［8］。

采用以上改造措施后，110 kV峱山站KYN61-40.5型開關柜沒有再發生因絕緣薄弱和不均勻電場造成的放電現象。

3.2 優化開關柜內運行環境

加強變電站文明生產和變電站的通風管理，定期清理35 kV開關室內衛生，避免室內出現浮塵，在開關室內加裝除濕機，保持開關室內清潔和良好的溫濕度環境。

在兩側開關柜柜體開孔并安裝百葉窗，開關柜頂部裝設排風扇。投入自動時，當開關柜內濕度達到40%，熱風循環干燥系統開始運行。當濕度減小到25%，熱風機停止，系統終止運行。手動運行時，由運行人員根據柜內濕度、溫度等情況手動啟停排風扇。在開關柜內安裝加熱裝置，防止凝露發生［9-10］。110 kV峱山站的排風扇和除濕機投入運行后，2013年雨季，室內濕度控制在40%以下，柜內濕度控制在35%以下，柜內沒有發現藍紫色光暈，母線室內放電聲音明顯減小，沒有再發生嚴重放電和短路跳閘事故。

組織定期開展開關柜電纜通道普查，結合停電工作，使用防火材料封堵開關柜與高壓電纜溝的通道，防止電纜溝內潮濕氣體和灰塵竄入柜內，造成絕緣強度降低。

3.3 加強變電站諧波治理

對變電站的消諧裝置進行定期試驗，保證消諧裝置可靠運行，同時對存在諧波源的變電站進行定期諧波測試，加強對諧波的實時監控，使諧波對變電設備產生的不利影響降到最低。

4 預防開關柜放電的幾點建議

4.1 嚴控進貨質量

購買設備時，在技術條件書中明確通風、加熱除潮的要求。嚴把設備招標關，嚴防產品質量不高的35 kV高壓開關柜進入電網運行，建議KYN61開關柜主母線采用管型母線［11］。

4.2 提高施工工藝

KYN61-40.5開關柜屬鎧裝型移開式開關設備，是以空氣絕緣配合復合絕緣的產品，且復合絕緣所占比重較大。生產工藝注意：絕緣件應光滑、平整，不能有毛刺；銅排斷口應倒角和去毛刺；不應將銅排搭接口放在套管內；螺釘露牙不應過長，并應長短一致；在關鍵部位應采用圓頭螺釘；柜體應采取通風、除濕、防凝露措施。

4.3 加強變電站運行管理

變電站竣工運行后一般有相應的輸電工程，電纜溝蓋板需要打開，容易產生電纜溝蓋板損壞、開關柜與電纜溝封堵不嚴等問題。這些問題是造成開關柜內部放電的潛在因素。嚴格工程驗收標準，加強變電站的日常巡視，發現問題及時整改。

5 結語

KYN61-40.5型開關柜是一種很重要的35 kV電力設備，其安全運行是電力系統供電可靠的重要保證。通過對放電事故的分析與治理，可以為以后的設備運行管理提供重要依據，也有利于防范該類事故的再次發生。

［1］張平.高壓開關柜的發展與現狀分析［J］.中國科技信息，2007，17（24）：89-92.

［2］張建安，張熙中.談高壓開關柜的安全凈距離問題［J］.江蘇電器，2005，25（11）：27-29.

［3］趙旺初.高壓開關柜閃絡的剖析［J］.高壓電器技術，1992，27（1）：29-30.

［4］姚志剛，楊子鳴.35 kV開關柜弧光爆炸斷析［J］.高壓電器，2006，42（2）：155-156.

［5］耿偉.35 kV開關柜內部受潮放電的原因分析及處理［J］.電氣開關，2008，46（4）：65-66.

［6］朱根良.淺議中壓開關柜事故調查中的故障分析［J］.高壓電器，2002，38（5）：62-63.

［7］張力游.KYN61-40.5開關柜存在放電現象的現場處理［J］.電氣技術，2010，10（12）：58-59.

［8］劉廣清.開關柜凝露問題的分析［J］.自動化博覽，2006，24（6）：74-75.

［9］王和，邢靜原，王洪.兩起35 kV開關柜聲音異常處理及防范措施［J］.華北電力技術，2011，40（3）：50-51.

［10］岳新峰.中置柜加熱除濕方式探討［J］.高壓電器，2002，38（3）：57-58.

［11］崔成怒，高華.金屬封閉開關設備的發展淺析［J］.高壓電器，2003，39（2）：18-22.

Cause Analysis and Treatment of Switchgear Discharge

This paper analyzes problems found in the operation and maintenance of the KYN61-40.5 type AC metal closed switchgear.Discharge cause is analyzed and concluded in detail.Related countermeasures and a few suggestions referring to the switchgear installation process and safety operation management are proposed.

KYN61；switchgear；discharge；cause；treatment

TM591

：B

：1007－9904（2014）03－0040－04

2014-04-15

王琪（1964—），男，高級工程師，主要從事生產管理工作；

李秋香（1980—），女，主要從事電力控制方面的設計與開發；

王曉健（1971—），男，工程師，主要從事變電管理工作；

張連升（1983—），男，工程師，主要從事變電運行維護工作；

宋樂永（1982—），男，助理工程師，主要從事變電運行維護工作。