35kV高壓開關(guān)柜絕緣性能加強改造

任士榮

（山鋼股份萊蕪分公司能源動力廠，山東濟南 271104）

引言

山東鋼鐵萊蕪分公司能源動力廠電氣車間管轄老區(qū)、銀前區(qū)域發(fā)配電系統(tǒng)，共有4 座35 kV 變電站，其中35 kV 開關(guān)柜38 面、6 kV/10 kV 開關(guān)柜104面，主要擔負著股份煉鐵生產(chǎn)線及老區(qū)、銀前區(qū)廠內(nèi)供電任務(wù)，轄區(qū)內(nèi)同時承擔著2 臺12 MW、3 臺25 MW 及6 臺TRT 發(fā)電機組并網(wǎng)任務(wù)，需要在生產(chǎn)過程中確保發(fā)配電系統(tǒng)安全運行，以維持熱電生產(chǎn)穩(wěn)定。

1 改造背景

近5 年來，該車間發(fā)生了8 起開關(guān)柜因電纜頭擊穿、絕緣子擊穿、斷路器真空度減低、穿柜套管斷裂、避雷器燒毀、過電壓保護器爆炸等絕緣故障引發(fā)的短路停電事故。

短路故障會造成如下后果：容易造成上級電網(wǎng)跳閘，擴大了事故影響范圍；在絕緣薄弱點釋放出巨大的沖擊波，對設(shè)備、人身安全都是巨大的安全隱患；巨大的短路電流容易燒毀電機、變壓器繞組，導致設(shè)備性能劣化，造成高額的維修成本；打破上下道工序的平衡，鍋爐風機跳閘、給水中斷，鍋爐燃燒處于惡劣狀態(tài)，影響發(fā)電機運行；造成TRT 跳機，導致煤氣放散；造成高爐減風，嚴重會導致高爐灌渣停機，進而影響煉鋼、軋材等后續(xù)工序，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟損失。

2 開關(guān)柜絕緣下降原因分析

幾次開關(guān)真空室擊穿爆炸停電事故暴露出站內(nèi)35 kV 開關(guān)存在真空強度不夠的潛在安全隱患。電壓互感器多次在系統(tǒng)單相接地時出現(xiàn)爆炸事故。站內(nèi)35 kV 穿墻套管及開關(guān)柜內(nèi)所有配套元器件均存在老化，設(shè)備絕緣性能劣化問題，系統(tǒng)存在薄弱點。

2.1 設(shè)備制造質(zhì)量和工藝缺陷

高壓開關(guān)柜的裝配工藝和制造質(zhì)量將會極大地影響其整體性和耐壓性。1#35 kV 變電站所有35 kV 開關(guān)柜受空間限制，所有開關(guān)柜均是采用實地測量的非標產(chǎn)品，母排在安裝時出現(xiàn)偏差或者在運行中振動位置偏移，母排和套管間的空氣間隙不能均勻分布，相應(yīng)的電場不均勻分布出現(xiàn)放電現(xiàn)象，隨著時間的推移，造成母排表面的熱縮套管絕緣層損壞；其次在支撐瓷柱處其緊固位置沒有經(jīng)過絕緣處理，不僅集中了電場局部場強，而且影響彼此的絕緣距離。

2.2 空氣絕緣間隙過小

空氣絕緣一般是指高壓開關(guān)柜內(nèi)帶電體之間的絕緣，也包括帶電體與大地之間的絕緣?！陡邏号潆娧b置設(shè)計技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5352-2018）中規(guī)定，35 kV空氣絕緣的最小間隙為300 mm，10 kV空氣絕緣的最小間隙為125 mm。由于空間限制和廠家節(jié)約成本的需要，并沒有嚴格地控制空氣絕緣的間距，有些不合格產(chǎn)品的絕緣間隙甚至低于100 mm；通過借助絕緣隔板增強絕緣性能，在一定程度上降低了相間或相對地短路事故發(fā)生頻率，不過絕緣隔板主要材料一般為環(huán)氧樹脂，極易受潮，再加上凈距較短，在凝露條件下，造成絕緣隔板的電阻迅速下降并放電，導致母排相間或相對地短路。

2.3 環(huán)境影響

周圍酸堿環(huán)境對絕緣材料的表面造成腐蝕，進而影響高壓開關(guān)柜的絕緣性能；絕緣體長時間處于潮濕且灰塵比較大的場所，導致開關(guān)柜內(nèi)濕度較大，極易產(chǎn)生事故，尤其閃絡(luò)部位濕度達到83%時，故障機率增大。而絕緣材料采用的是環(huán)氧樹脂，雖其本身性能優(yōu)異承受能力強，但憎水性有較大的缺陷，極易引起絕緣電阻的阻值下降，當泄漏電流增大到一定的程度時，就會發(fā)生高壓開關(guān)柜的污閃，進而引發(fā)相應(yīng)安全事故。

2.4 斷路器動靜觸頭放電

高壓開關(guān)柜采用的是小車式斷路器，而斷路器動觸頭采用的梅花觸頭，當動觸頭插入靜觸頭時，觸頭的外圓柱面與眾多觸指的內(nèi)圓弧面接觸不吻合，導致接觸面積過小，這與小車式斷路器多次操作拉出推進或者小車式斷路器檢修后并未作觸頭位置細致調(diào)整有關(guān)。另一方面，發(fā)電機在并網(wǎng)瞬間，柜體和開關(guān)會產(chǎn)生位移變化，導致觸頭間的電阻增加產(chǎn)生電弧。綜合兩方面因素，均會導致觸頭之間接觸不良，接觸電阻明顯增加，造成放電而發(fā)生絕緣故障。

3 改造實施方案

主要從更換絕緣部件、改善環(huán)境、優(yōu)化布局、技術(shù)改造和維護管理等方面開展工作，提出了選用優(yōu)質(zhì)絕緣材料、帶電設(shè)備進行合理布置、改善運行環(huán)境等具體改造方案。通過增加智能通風除濕裝置和遠程溫度監(jiān)控裝置，應(yīng)用局部放電檢測技術(shù)，提升了高壓開關(guān)柜絕緣性能，確保了設(shè)備的安全穩(wěn)定。

3.1 提升絕緣部件性能

（1）35 kV 絕緣改造涉及多個開關(guān)柜和多種絕緣部件的更換，包括斷路器、穿柜套管、支持絕緣子、避雷器、電壓抽取絕緣子、觸頭盒、絕緣隔板、電壓互感器更換及主母線加裝熱縮套管等。

（2）將斷路器更換為投切電容斷路器，真空度更高，耐壓、滅弧能力更強大；將觸頭盒、套管、避雷器等更換成帶屏蔽結(jié)構(gòu)的防污絕緣件，有較強的隔電能力，不易漏電，減少絕緣子閃絡(luò)的機會。同時將硅脂涂敷在絕緣子和絕緣套管上，防止絕緣子表面潮濕。規(guī)范開關(guān)柜內(nèi)緊固螺栓，使用帶防雨帽螺母，均勻此部位電場強度分布。

（3）在穿柜套管、絕緣子內(nèi)部、斷路器靜觸頭母排處等易發(fā)生絕緣故障的位置噴涂防污閃涂料。絕緣性能良好的防污閃涂料，具有較好的阻燃和導熱性能，不會吸附灰塵；還可利用氟材料，表面張力較低，自潔性能較為優(yōu)異，憎水性、絕緣性、憎油性等性能都較好。借助這些防污閃涂料能較好地處理高壓開關(guān)柜的絕緣故障，提高其絕緣性能。

3.2 改善配電柜內(nèi)環(huán)境影響

環(huán)境濕度較高的開關(guān)柜內(nèi)添加除濕裝置，將開關(guān)柜內(nèi)的潮濕空氣，抽到抽濕器的凝露室，進行氣、水分離，使柜內(nèi)的空氣流動，以達到開關(guān)柜內(nèi)部空氣干燥的效果。除濕裝置的工作模式可設(shè)置成全自動模式，當相對濕度高于50%時，抽濕器自動投入工作；濕度低于40%時自動停止抽濕。

3.3 增加絕緣間隙

（1）針對高壓開關(guān)柜絕緣爬距和空氣間隙不夠的問題，選用增強型絕緣電流互感器代替普通電流互感器。增強型電流互感器整體尺寸較小，設(shè)備周圍保護裙邊的范圍較大，既加強了絕緣效果，又實現(xiàn)了對周圍接頭的保護。

（2）將原有的并列分支母排調(diào)整為間錯母排，加大母排與絕緣熱縮套和母線橋后柜的距離，增加了導體之間的電氣距離。

3.4 加強高壓開關(guān)柜在線監(jiān)測技術(shù)

高壓開關(guān)柜長期運行，電纜頭、觸頭及母排等連接處因老化或負載電流過大而出現(xiàn)溫升，最終可能導致突發(fā)斷電。因此，在高壓開關(guān)柜內(nèi)的動靜觸頭、電纜接頭處安裝溫度測控裝置，利用高壓開關(guān)柜絕緣故障的在線監(jiān)測，保證高壓開關(guān)柜的正常運行，提高電力系統(tǒng)的運行可靠性和自動化程度。

高壓開關(guān)柜中不僅電場作用會引起絕緣劣化，而且機械力和熱或者兩者與電場的共同作用，都會導致絕緣性故障。所以應(yīng)定期對高壓開關(guān)柜進行超聲波檢測、局部放電紅外成像及高頻局部檢測，發(fā)現(xiàn)異常及時處理。

4 改造效果

通過對高壓開關(guān)柜整體更換絕緣部件、選用優(yōu)質(zhì)絕緣材料；對帶電設(shè)備進行合理布置，改善運行環(huán)境；增加智能通風除濕裝置和遠程溫度監(jiān)控裝置；利用局部放電檢測等技術(shù)的應(yīng)用，提升了高壓開關(guān)柜絕緣性能，確保了設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。

絕緣加強改造一年來沒有因站內(nèi)設(shè)備問題發(fā)生停電事故，改造后溫度在線監(jiān)測正常，多次對開關(guān)柜進行超聲、紅外監(jiān)測，檢測結(jié)果均正常，設(shè)備運行良好。高壓開關(guān)柜絕緣改造后，提高了轄區(qū)內(nèi)設(shè)備運行可靠性，為實現(xiàn)電力的穩(wěn)定供應(yīng)，保證上下道工序順利銜接做出了應(yīng)有的貢獻。