一起35kV開關柜電纜絕緣氣隙放電原因分析

周 杰，歐陽年會，劉錦偉，陳天擎，黎心強

（國網江西省電力有限公司宜春供電分公司，江西 宜春 336000）

0 引言

隨著社會經濟的快速發展，人們對電力能源的依賴越來越高，同時對電網的安全性、穩定性也提出了更高的要求。高壓開關柜被廣泛應用于電力的發、輸、配領域，是變電站向大用戶或配網輸送電力資源的重要設備之一，其安全性及可靠性要求越來越高。據統計，電力設備的大多數故障為絕緣性故障，在高電場、熱效力等各種因素作用下，劣化缺陷最終發展成絕緣性故障。對高壓開關柜進行跟蹤帶電檢測，可以獲得設備絕緣變化的信息，對設備的運行狀況提供合理的診斷及檢修策略；同時也克服了傳統停電試驗的局限性。本文通過采用超聲波檢測、暫態地電壓及特高頻聯合檢測手段成功發現一起35 kV開關柜電纜內部絕緣氣隙放電缺陷，通過對開關柜停電檢查并發現放電部位，分析了該開關柜放電的原因，并提出有效解決措施。

1 35 kV開關柜檢測過程

1.1 超聲波局放檢測過程

2018年4月29日，對某110 kV變電站35 kV高壓室開關柜進行超聲波局放檢測，測試高壓室背景噪聲值為-10 dB，頻率成分1/頻率成分2相關性均為0 dB。檢至35 kV銅升光伏323開關柜后柜門電纜室散熱孔位置時，檢測到一個幅值最大的超聲波信號源，對超聲波特征圖譜數據分析可知，如圖1所示，超聲波周期最大值為20 dB，頻率成分2大于頻率成分1；相位圖具有聚集效應；波形圖譜中，每組波形形態各不相同，且波形不穩定，文獻[1]中提出初步判斷具有沿面放電特征且伴有少量絕緣氣隙放電特征。根據開關柜超聲波檢測結果及開關柜結構，初步判斷35 kV銅升光伏323開關柜電纜室疑似存在放電異常。具體放電類型應結合停電解體和特高頻來確定。

圖1 35 kV銅升光伏線323開關柜電纜室超聲波圖譜

1.2 暫態地電壓檢測過程

采用暫態地電壓測試手段，測得暫態地電壓空氣金屬背景幅值為9 dB（測點位置：高壓室金屬門及窗口）、接地金屬背景為10 dB（測點位置：備用柜側面中部）。對323開關柜及鄰近322開關柜的暫態地電壓檢測結果做出橫向比較，如表1所示。

表1 323開關柜與鄰近開關柜暫態地電壓局部放電幅值dB

從表2橫向對比結果可以看出，35 kV銅升光伏線323開關柜在后下部位暫態地電壓局部放電幅值均較臨近側開關柜相差不大，同時與背景值相差不大。認為暫態地電壓無法驗證該處放電異常。

1.3 特高頻局放檢測過程

采用PDS-T90型局放測試儀特高頻檢測功能進行驗證檢測，通過高壓室門口測取了空氣背景，判斷確無干擾信號。隨后對35 kV銅升光伏線323開關柜及相鄰開關柜進行檢測，測試點位于后下部散熱孔及觀察窗處，其特高頻PRPD/PRPS圖譜及UHF周期圖譜如圖2所示。

圖2 特高頻PRPD、PRPS圖譜及UHF周期圖譜

分析：根據特高頻圖譜特征圖譜可以看出，35 kV銅升光伏線323開關柜后柜觀察窗處檢測到異常特高頻信號，每周期兩簇，具有局放特征，幅值有大有小。文獻[2]結合圖譜特征與檢測部位判斷為絕緣氣隙放電類型。

2 停電處理與放電原因分析

2.1 停電檢查

根據超聲波檢測結果及特高頻驗證，判斷35 kV銅升光伏323開關柜電纜室存在局部放電危急缺陷。運維人員立即對該開關柜申請停電處理，同時安排檢修人員對該開關柜后柜門電纜室進行開柜檢查，如圖3所示。發現35 kV銅升光伏323開關柜電纜護套存在明顯放電痕跡，電纜熱縮套表面局部嚴重受損，有碳化現象，解體后發現電纜主絕緣被破壞，由于主絕緣與護套表面形成放電通道，使得絕緣氣隙放電和沿面放電伴隨存在。

圖3 開關柜停電檢查照片

檢修人員將三相電纜護套進行解體，截去絕緣受損部分，并重新制作電纜頭和護套。對其進行絕緣電阻和串聯諧振耐壓試驗，試驗結果合格后送電并進行復測，測試結果正常，可知為同一放電源，該開關柜缺陷消除。

2.2 放電原因分析

對電纜進行解剖，電纜剖面示意圖如圖4所示，發現電纜熱縮套和半導電層之間存在氣隙。分析認為安裝電纜終端時由于使用刀具剖切外半導電層后將它剝離，由于施工質量不良，在電纜主絕緣表面留下刀痕氣隙，加之施工時間控制嚴格，刀痕處理一般較為粗糙，加上該電纜護套為熱縮材料，在制作過程中工藝不良，在用噴燈加熱收縮固定時，造成局部加熱不均勻，使得絕緣護套與電纜主絕緣之間銜接過程中留有氣隙，導致氣隙缺陷的存在。

圖4 電纜剖面圖

根據介電常數ε＝D/E，相對介電常數εr＝ε/ε0，可知在一個交變的電場作用下，相對介電常數與電介質的電場強度成反比。對于含有氣隙的電纜終端絕緣，由于空氣的相對介電常數εr=1，交聯聚乙烯絕緣電纜的相對介電常數εr=2.3，相對介電常數的突變造成電場強度的畸變，造成氣隙電場強度大于周圍電場強度。同時，由于電勢在半導電層處降落至地電位，所以氣隙靠近半導電層處位置的電場更強，電場強度最大值Emax也出現在該位置，此處更容易發生局部放電。從電場方向上分析，氣隙電場方向與電纜徑向大致相同，由于放電是電場作用下的電荷行為，所以放電集中區域的氣隙通道應主要沿電纜徑向通道發展。

現場檢查發現開關柜內部加熱裝置失效以及開關柜底部沒有封堵好，電纜溝存在積水，使得開關柜底部潮氣嚴重，在電壓和潮氣的長期作用下，加速了絕緣強度的降低，最終在氣隙缺陷處絕緣擊穿。

3 主要治理措施

3.1 改善運行環境

開關柜內部完善除濕通風系統，如在開關柜內增裝防凝露裝置、加熱板、柜頂風機，在各隔室頂部開百葉窗通風孔等措施。另外，高壓室進線電纜孔、通往旁邊高壓室電纜溝、每個開關間隔電纜坑間用瘦水泥進行封堵；開關柜進線電纜孔及封板用防火泥封堵。在高壓室配備工業抽濕機或空調機，用以驅潮。還有，該變電站高壓室電纜溝外高內地，雨水比較容易進入電纜溝形成積水，應及時清理電纜溝內積水，并在高壓室外設置滲水井，防止雨水進入電纜溝。

3.2 加強日常維護及檢修

巡視時，若發現有開關柜放電，則應及時處理。在相對濕度不小于85%時，必須檢查以下情況：高壓室處于密封狀態；抽濕機或空調機開啟并處于抽濕狀態；全部開關柜驅潮裝置工作正常并處于開啟狀態。此外，日常巡視需檢查溫濕度控制器是否正常，潮濕季節應切換為手動模式長期投入。

設備停電檢修時，檢查溫濕度控制器功能是否正常，用酒精擦拭高壓設備表面，清掃設備表面的灰塵和潮氣，并在絕緣擋板表面涂防污閃涂料或更換絕緣擋板，及時恢復設備的外絕緣，防止設備間發生放電故障。定期進行檢測試驗，如對開關柜定期開展TEV（暫態對地電壓）及超聲波檢測，以趁早發現局部放電，做到早發現早處理。

3.3 嚴把設備安裝及驗收關

針對設備安裝人員必須經過專業培訓及考試合格，方可進行設備安裝。由于安裝人員工藝水平參差不齊，在使用熱縮材料制作時往往工藝達不到標準；故在電纜護套制作時，建議使用冷縮材料。必須考慮當地的地理環境和氣候條件，加裝適當的除濕器和加熱裝置，且絕緣材料應符合運行要求。在驗收過程中，嚴格按照國網變電“五通”標準，在源頭處將隱患根本消除。

3.4 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，并進行設備監造。

4 結語

在高壓開關柜的正常運行過程中，其容易受內部元件、運行環境等各種因素影響，引發設備故障致使電網無法正常運行。若能完全按照高壓開關柜的設計、運行、檢修標準執行，并加強對開關柜帶電檢測工作，可以發現早期缺陷，以及利用其它有效措施，從而降低高壓開關柜發生故障的頻率，就可以保障電網的穩定安全運行。