35KV 開關柜內放電故障的分析

劉建軍

1 放電故障產生原因

1.1 設備質量存在缺陷

金屬鎧裝35KV 開關柜設備存在一定缺陷，室內35kV 開關柜由于其操作方便、占地較少、安裝簡單等優點，取代了大部分傳統的敞開式開關設備，然而，開關柜廠家在設計時必須減小柜體尺寸，絕緣設備的裕度及爬電距離被壓縮。個別生產廠家的電氣元器件，絕緣材料以次充好等等，為設備在運行中發生故障或事故埋留下隱患。

1.2 配電裝置運行環境潮濕，相對濕度超標

升壓站的初期選址及配電裝置室設計的缺陷也是設備發生放電等故障的主要原因；設計院在設計高壓配電室時，為了保證開關柜在夏、秋季節的散熱通風，一般都留有窗戶或通風口。戶外的濕氣很容易通過這些通風口進入柜內累計，增加柜內的相對濕度。電纜溝道的防水做得不好，雨季時雨水通過戶外電纜溝進入戶內，也是增加開關柜內潮濕從而引發放電現象的原因。

1.3 運行中的開關柜因檢修定檢的原因，長時間停電

往往在送電前檢測設備絕緣電阻時發現絕緣較低，甚至滿足不了恢復送電的條件。開關柜本身幾乎是個密閉的空間，因運行中帶（導）電部分如母線及元器件等會發出少量的熱量，使柜體內處于正壓狀態，這時通過熱交換進入的濕氣較少，絕緣部件能夠滿足運行要求，產生的放電現象較少。當開關柜停電后，隨著柜內空間溫度的降低，柜內空間處于負壓狀態，柜外潮濕空氣進入柜內并充滿柜內空間，甚至凝結成水。從而使開關柜易發生放電故障。

1.4 施工中留下的隱患

35 KV 開關柜母線室內母線因電壓等級較高易產生電暈，需用絕緣護套將表面縮封；同時應用4 mm2的絕緣軟銅線與每個絕緣套管進行連接，目的是使周圍電場一致，不容易產生放電。

但因現在的施工隊伍技術水平參差不齊，個別工程在母線安裝時屏蔽線沒有安裝，致使預留的母線上固定屏蔽線的螺絲孔（該處無絕緣護套）對著絕緣套管放電，長期放電導致絕緣擊穿等故障發生

2 事故案例

案例一.2013 年5 月10 日，盤錦某風電場35KVII 段停電技術改造，施工過程幾乎每天都在下雨；技改結束當天環境的濕度已達到96%；工程經過業主驗收后全部通過；為了搶發電量，運行人員經過對設備的絕緣進行檢驗能夠滿足送電的條件后，開始對35KVII 段進行送電，當對母線進行充電時，一聲巨響，發生了設備事故。事故發生后對故障地點進行了認真檢查（如圖2）。

發現35KVII 段#2 消弧消諧柜B 相母線對高壓套管發生放電，并使絕緣套管擊穿，套管損毀，B 相母線損毀，致使II 段母線保護動作，整個II 段設備全部停電。初步分析本事故發生的原因是由于套管與母線間的屏蔽線沒有安裝（圖一：經檢測發現多處無屏蔽線，母線護套由明顯放電痕跡），母線上裸露的螺絲孔處對套管長期放電，當環境的濕度嚴重超標后套管的絕緣程度急速降低，最終放電電弧直接爬過套管表面與接地金屬部分發生短路，造成母線設備損壞事故。事后將35KVII 段#2消弧消諧柜母線室段母線及兩側高壓絕緣套管全部拆除，更換新的母線機絕緣護套；補充安裝35KVI、II 母線缺少的屏蔽線，為了降低35 KV 配電室的濕度，在配電室內增加安裝4 臺除濕空調，加裝濕度表，隨時檢查配電室內的濕度。搶修作業接近尾聲時，35 KV 配電室內環境濕度已降至60%。設備恢復完畢后對其進行了絕緣檢查和工頻交流耐壓試驗，合格后35KVI、II 段設備送電成功，未聽到放電聲音。經過21 個小時的搶修所有設備恢復運行。

案例二：2015 年8 月2 日錦州某風電場開始進行一年一次的定檢預試工作，停電檢修為期2 天；8 月3 日晚定檢最后的工序35 KV 母線耐壓試驗，在母線耐壓前的絕緣檢測時發現35 KV 配電裝置母線絕緣電阻不足10 MΩ，不能滿足耐壓及最終送電條件；絕緣降低首先判斷為潮濕所致，把母線拆分進行絕緣電阻檢查發現除主變低壓側開關柜絕緣電阻低外，其余開關柜絕緣電阻均在1 000 MΩ 以上；經認真檢查發現主變低壓側開關柜內開關觸頭柜體側套管內壁有大量的凝結小水滴，柜下電纜溝內存有大量的積水；立即對凝水處進行清理并用無水酒精進行擦拭；同時清除電纜溝內的積水，對開關柜下的孔洞縫隙進行密封，對柜體內進行清理及烘干，烘干采用強制通風和加熱共同進行；經3 個多小時的烘干，再次檢驗絕緣電阻，發現絕緣電阻并沒有明顯提高；經探討，決定用工頻耐壓裝置對母線進行逐步升高電壓的檢測，當電壓升至近20 KV 時，聽到開關柜內側發出“噼噼啪啪”的放電聲音。經檢測發現放電地點為開關柜母線室母線與斷路器柜內觸頭上部位置，為母線與套管間放電，套管與母線間有明顯的亮點和藍色的電弧（如下圖），于是再次對放電部位及周邊進行烘干，經過2 天烘干后檢驗絕緣電阻，發現絕緣電阻并沒有太多提高。與業主協商聯系開關柜廠家，購買相同型號的絕緣套管更換原有的舊絕緣套管，再次檢測母線絕緣電阻，絕緣電阻已達到2 000 MΩ。進行母線工頻交流耐壓，該段母線的試驗結果達到要求，35 KV 母線送電成功。

3 消除故障措施及建議

（1）通過上面的案例及分析，35 KV 開關柜內存在普遍的放電現象，放電產生的原因也是多樣性的。但幾乎所有的放電現象都與設備環境潮濕或柜體內凝露有關，也就是說所有運行單位對35 KV 開關柜設備防潮濕和防凝露措施不到位，不能認真的提高設備的運行環境。建議設計之初在升壓站地址選擇方面應盡量遠離水塘、稻田、河流、湖泊等空氣潮濕地點，如必須設置在上述地區時，應配套做好35 KV 配電室除濕措施 ，如增加足夠的除濕設備等。加強戶內電纜溝與戶外電纜溝間的密封，做好電纜溝防水防護；防止戶內開關柜下電纜溝進水或滲水積水，增加電纜溝排水設備，電纜溝一旦積水應迅速將其排除。加強開關柜下部與電纜溝間有效的密封，防止電纜溝的潮濕氣體進入開關柜內。減少柜內空氣濕度，防止放電現象發生。

圖1

圖2

（2）凝露的產生需同時具備空氣潮濕，設備表面存在較大溫差條件。因此建議常年處在空氣潮濕環境的35KV 配電裝置應盡量縮短定檢停電時間，如必須長時間停電，送電前應認真擦拭清理開關柜內的絕緣部位，同時采用除濕設備，降低環境濕度，確保裝置的安全送電。

（3）加強35 KV 開關柜在安裝施工過程的技術及質量控制，35 KV 電壓等級的一次設備在變電站內本身是已開放狀態布置的，但風電企業選擇35 KV 電壓架空集電線路傳輸，這樣做更加經濟。為了方便運行維護，減少占地面積，采用35 KV 金屬鎧裝配電裝置；35 KV 開關柜本身結構緊湊，需壓縮絕緣設備的尺寸及長度且電壓等級較高，使其在運行過程存在著設計缺陷。建議業主在招標相關設備時選擇采購整體質量及配件較好廠家的設備。另外在施工的整個安裝工程要加強施工質量管理，對每個分項工程都應認真驗收檢查，在施工單位的施工工藝施工細節等方面嚴格監督，防止丟落設備即偷工減料等；防止為今后的設備安全運行留下隱患。

（4）35 KV 開關柜內的設備絕緣部件幾乎全部采用樹脂材質，如電流互感器外殼、母線室及高壓柜間套管、觸頭絕緣套管、支柱絕緣子等等。35 KV 高壓開關柜內樹脂絕緣部件在潮濕空氣環境長期運行極易引起絕緣老化。在高電壓的作用下絕緣部件表面會出現薄薄的一層黏黏的東西，這應該是絕緣降低引起薄弱位置放電的根本原因，也是絕緣劣化、老化的表現，要想延長絕緣老化過程，首先應定期對35 KV 開關柜及母線進行清掃，每年在夏季來臨之前進行清掃；清除開關柜內附著的灰塵以及水漬等，清理過程建議盡量少使用化工類清洗劑，個別清洗劑會加速樹脂型絕緣部件絕緣老化。同時清理過程認真檢查導電部件邊緣及35 KV 母排上的絕緣熱塑套管邊緣的毛刺進行打磨，避免產生污閃放電。對經過長期運行還存在放電現象，或絕緣程度降低嚴重的部件，在經過烘干后絕緣電阻改善變化不明顯的絕緣部件，建議進行更換。建議各升壓站自備部分絕緣備件，并妥善保管；防止運行設備因放電而帶來的長期停電事故發生。

4 結束語

金屬鎧裝35 KV 開關柜的放電現象雖然由來已久，且現象較普遍；但并不是不可改變。采取有效的措施完全可以減低或消除35 KV 開關柜的放電現象。隨著科學技術的發展進步，我想開關柜放電的問題最終會得到徹底的解決；也希望設計單位，在設計之初為設備的安全運行選擇一個好的大環境，減少因環境潮濕而引起的放電現象及設備損毀事故。同時提醒運行單位在設備的安裝工藝及質量方面認真把關，在設備運行過程嚴格檢測設備的運行環境和設備的運行狀態，為減少設備故障把好最后關。

圖3