電力高壓開關柜絕緣故障的分析

王鐵軍

摘要：隨著中國經濟建設的快速發展，對電力和能源的需求日益增加。作為配電系統中的主要設備，高壓開關設備的數量越來越多。高壓開關設備的運行可靠性直接影響整個線路系統的安全性和效率。絕緣作為高壓開關柜最基本的性能，經常出現在各種安全故障中，所占比例很大，造成嚴重的故障后果。總結絕緣故障的類型，探討和分析故障原因，并提出相應的有效預防措施，以提高開關柜和電網運行的可靠性。

關鍵詞：高壓開關柜;絕緣故障;防范措施

1.絕緣故障的常見原因及分析

1.1絕緣距離不符合要求

相導線或相對地之間的絕緣距離不符合要求，導致絕緣故障。比如高壓開關柜中銅排的螺栓尖端對外殼放電;電纜室內的A相或C相導線對機柜側板上的二次元件進行放電;斷路器的觸頭臂使觸頭盒或金屬閥的安裝板放電，這些絕緣故障是由于絕緣距離不夠造成的。絕緣部件表面爬電距離的設計或設計余量不足，容易導致絕緣擊穿和絕緣失效。

1.2高壓開關設備的運行環境惡劣

空氣濕度大，容易在絕緣子表面形成凝露，或者被一層水蒸氣覆蓋，絕緣子表面容易閃絡;絕緣部件表面積灰嚴重，容易引起沿絕緣表面的爬電，造成絕緣擊穿;空氣中腐蝕性成分高，絕緣層長期被侵蝕破壞，絕緣能力降低，容易造成絕緣故障。

1.3設備作業區的海拔高度高于制造區

隨著海拔的升高，大氣壓力降低，空氣密度降低，空氣絕緣強度減弱，使絕緣子表面的絕緣能力減弱，外絕緣的放電電壓降低，容易發生絕緣擊穿或閃絡等破壞性放電現象。隨著海拔的升高，機柜散熱能力變差，機柜內溫度升高，加速絕緣老化。

1.4高壓開關柜的局部放電不符合要求

開關柜內部絕緣部分的局部放電容量過高，或者整個開關柜組裝后的局部放電容量達不到要求。開關柜在長期運行過程中，絕緣子局部區域處于長期放電狀態，絕緣性能逐漸下降，最終喪失絕緣能力，造成絕緣故障。

1.5過電壓引起的絕緣故障

過電壓一般包括雷電過電壓和電力系統內部過電壓[4]。雷電過電壓包括直擊雷過電壓和感應雷過電壓，導致保護跳閘、斷線停電損失、設備絕緣能力不足、絕緣故障。電力系統中的過電壓一般包括運行過電壓和諧振過電壓，它們通常超過正常運行電壓，對線路和設備造成絕緣損壞，并引起故障。

2.改進和預防措施

2.1滿足設計中的安全絕緣爬高距離和空氣絕緣凈距

高壓開關設備的設計和制造應按照國家電網典型設計圖紙的要求進行，并符合DL/T593-2016《高壓開關設備及控制設備通用技術要求》標準[1]的要求。爬電距離應滿足最小標稱均勻爬電比：≥×18毫米/千伏（瓷絕緣）和≥×20毫米/千伏（有機絕緣）。根據國家電網公司《十八大反故障措施》的要求，新安裝的開關柜禁止使用絕緣隔板，即使母線裝有絕緣護套和熱收縮絕緣材料，也應滿足空氣絕緣凈距的要求。開關設備應進行冷凝和污染測試。對于銅排的搭接部分，應設置絕緣罩，以滿足絕緣要求。

2.2確保高壓開關設備的良好運行環境

根據《國家電網公司十八大反故障措施》要求，配電室環境溫度超過5℃～30℃，應配備空調等有效的溫控設施;當日最大相對濕度超過95%或月最大相對濕度超過75%時，應提供除濕器或空調。配電室排氣扇的控制開關應在室外。開關柜內可增加除濕器或加熱器，控制柜內運行環境濕度;對于4000A以上的大電流開關柜，應在柜內安裝風扇進行風冷，以滿足柜內的溫升要求，降低絕緣部件的老化程度。對于配電室環境，還應安裝相應的設備來控制運行環境，保證電力設備運行的穩定性，降低故障率。

2.3增加過電壓保護措施

項目前期設計需要考慮雷暴是否頻繁發生，空載變壓器是否切除，是否會有諧振過電壓等。如有必要，必須采取保護措施限制過電壓。如安裝避雷針、避雷器、電抗器、合理選擇元件、提高開關動作的同步性等，并配合合理的絕緣設計，可以保證電力系統的安全運行。

2.4控制絕緣零件質量，優化開關柜設計

根據國家電網公司《十八大反故障措施》的要求，絕緣部件必須經過局部放電試驗后才能組裝，要求單個絕緣部件在試驗電壓下的局部放電量不超過3pC。整個開關柜的局部放電要求可參考GB/T 3906-2020 2.6 kV-40.5 kV交流金屬封閉開關設備及控制設備[5]附錄F.5，嚴格控制絕緣部分質量，優化導體與絕緣部分重疊氣隙設計，滿足局部放電值要求。

2.5制造商應制定組裝操作和出廠檢驗的規范

開關設備制造商應制定相關操作規程，加強制造過程檢驗，制定標準的成品檢驗規范，并提供相應的出廠檢驗報告。在物流包裝中，制造商也應該有標準和規范來確保產品在運輸過程中的安全性和可靠性。

2.6定期維護和修理，加強監督

在高壓開關柜運行階段，要加強設備的檢查和維護，定期清潔通風，檢查絕緣部件的老化和損壞，及時更換，防止其發生。高壓開關柜運行前，應堵住電纜室的電纜孔，防止小動物進入柜內。客戶可以增加對制造商產品的抽樣頻率，或者在工廠進行監督和驗收，以確保產品質量。

2.7使用科學合理的保溫材料

國內大部分12kV～40.5kV高壓開關柜，所用的絕緣材料需要具有成本低、耐腐蝕性好的特點。根據國家電網公司《十八大反故障措施》的要求，開關柜內所有絕緣部件均應采用阻燃絕緣材料，阻燃等級應達到V0級。對于高壓開關設備中的重要絕緣設備，如穿墻套管、支撐絕緣子、觸頭盒等部件，應選用SMC或環氧樹脂等材料，并在材料選擇過程中加強質量監督，確保絕緣零件的質量。

2.8嚴格遵循相關行業規范

近年來，國家對高壓開關設備的運行規范進行了規定，以保證高壓開關設備運行過程的穩定性。在具體實施中，制造商應控制組件的質量，以確保它們在使用前通過相關測試[6]。部件正式組裝前，表面應干燥、無塵，并選擇合適的緊固件進行連接。在監控方面，可以加強通信技術、網絡系統和傳感技術的應用，實現對高壓開關柜的實時監控，及時發現故障并排除故障，有效避免故障的發生。

3.結束語

高壓開關設備的絕緣故障是可以控制和避免的。通過各種優化和預防措施，制定了一系列制造和檢驗標準和規范，嚴格按照設計要求控制供應商的產品質量，加強設備維護管理。可以降低故障率，從而提高高壓開關柜運行的安全性和穩定性，在很大程度上保證電力系統的安全穩定運行。

參考文獻

[1]高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求：Dl/T593[s].國家能源局，2016.

[2]高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求：GB/T11022[s].中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局、中國國家標準化管理委員會，2011.

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