40.5 kV高压开关柜绝缘故障原因分析及处理

庞先海，冀立鹏，景 皓，冯建萍，李晓峰

(1.国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄 050021；2.国网河北省电力公司邢台供电分公司，河北 邢台 054001；3.石家庄思凯电力建设有限公司供用电分公司，石家庄 050000)



40.5 kV高压开关柜绝缘故障原因分析及处理

庞先海1，冀立鹏2，景 皓1，冯建萍3，李晓峰1

(1.国网河北省电力公司电力科学研究院，石家庄 050021；2.国网河北省电力公司邢台供电分公司，河北 邢台 054001；3.石家庄思凯电力建设有限公司供用电分公司，石家庄 050000)

对40.5 kV高压开关柜绝缘故障进行统计分析，认为故障率高的主要原因是空气绝缘净距不足、绝缘材料老化、复合绝缘配合不当和绝缘材料质量较差等绝缘缺陷，并对这些绝缘缺陷进行深入分析，分别提出现场已运行和新装用40.5 kV高压开关柜的处理措施。

高压开关柜；绝缘故障；空气绝缘净距；绝缘材料老化

通过对部分网省电力公司调研，高压开关柜装用量70 802面，其中，40.5 kV高压开关柜15 722面，占比22.1%；12 kV高压开关柜55 080面，占比77.9%。近3年来，累计发生高压开关柜故障170起，其中10 kV高压开关柜故障116起，占比68.2%，故障率为0.211次/(百台·年)；40.5 kV高压开关柜发生故障54起，占比31.8%，故障率为0.343次/(百台·年)。40.5 kV高压开关柜的故障率为12 kV的1.63倍。

随着电力系统的快速发展，40.5 kV高压开关柜装用数量大幅增加[1]。高压开关柜性能质量好坏直接关系着高压开关柜的运行状态，从而对电网安全生产和电力系统的可靠性产生重要影响[1]。近年来，40.5 kV高压开关柜故障有增多趋势，主要为柜内绝缘缺陷导致，因此，分析40.5 kV高压开关柜绝缘故障原因并提出合理措施显得尤为必要。

1 高压开关柜故障统计

40.5 kV高压开关柜按其故障类型进行分类，主要包括绝缘缺陷导致故障、元件缺陷导致故障和柜内过热缺陷导致故障3大类。其中绝缘缺陷导致故障41起，占比75.9%；元件质量缺陷导致故障6起，占比11.1%；柜内过热缺陷导致故障4起，占比7.4%；其它原因导致故障3起，占比5.6%。可见，绝缘缺陷是导致40.5 kV高压开关柜故障的主要原因。

绝缘故障原因主要包括相间或相对地空气绝缘净距离不足、复合绝缘配合不当、绝缘材料质量较差、绝缘材料老化、运行环境较差等绝缘缺陷，绝缘故障往往是多个绝缘缺陷共同作用的结果，每个绝缘缺陷在41起40.5 kV高压开关柜绝缘故障中存在的情况，见表1。

表1 绝缘故障中各绝缘缺陷存在的情况

绝缘缺陷名称绝缘缺陷出现的次数/次占故障总数的比例/%空气绝缘净距不足3790.2复合绝缘配合不当921.9绝缘材料质量较差819.5绝缘材料存在老化2663.4运行环境较差512.2其它因素1024.4

由表1可以看出，90.2%的绝缘故障中存在空气绝缘净距离不足问题，是40.5 kV高压开关柜绝缘故障的主要原因；63.4%的绝缘故障中存在绝缘材料老化现象，是40.5 kV高压开关柜绝缘故障的重要原因；复合绝缘配合不当、绝缘材料材质较差、运行环境较差在绝缘故障中出现的次数较多，是40.5 kV高压开关柜绝缘故障的原因之一。

2 典型绝缘缺陷分析

2.1 空气绝缘净距不足

造成高压开关柜空气绝缘净距不足的主要原因是国网公司物资采购标准规定的40.5 kV高压开关柜尺寸无法满足带电部位(相间、对地)最小安全净距的要求。DL/T 404—2007《3.6 kV～40.5 kV交流金属封闭开关设备和控制设备》[2]对单纯以空气作为绝缘介质的40.5 kV高压开关柜，相间和相对地的最小空气间隙应不小于300 mm，带电体至门不小于330 mm。目前，40.5 kV高压开关柜采购标准尺寸为2 800 mm×1 400 mm×2 600 mm和2 800 mm×1 200 mm×2 60 0mm(长×宽×高)2种柜型，即使是1 400 mm宽度的柜型也满足不了最小空气间隙300 mm的要求。

针对最小空气间隙小于300 mm的问题，《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》(修订版)[3]作了补充说明。如采用热缩套包裹导体结构，则该部位必须满足空气绝缘净距离不小于300 mm要求；如高压开关柜采用复合绝缘或固体绝缘封装等可靠技术，可适当降低其绝缘距离要求。因此，目前在运的40.5 kV高压开关柜大部分都通过加装绝缘隔板、热缩套包裹导体等措施提高设备绝缘水平。

现场检查河北南网装用量较大的10家制造厂生产的40.5 kV高压开关柜，均在相间加装了绝缘隔板，其中最小空气间隙在271～280 mm的1家，在261～270 mm的6家，在250～260 mm的3家，均不满足空气绝缘净距离不小于300 mm要求。如果空气绝缘净距离按照300 mm反推计算(4个空气间隙)，母线排宽度按照120 mm计算(3条母线排)，柜体宽度将为1 560 mm，可见1 600 mm的高压开关柜宽度将满足空气绝缘净距离要求。

2.2 复合绝缘配合不当

复合绝缘配合不当的根本原因为制造厂未按要求加装绝缘隔板，绝缘隔板与带电体间纯空气间隙较小导致。高压开关柜加装绝缘隔板后，形成带电体-空气间隙-绝缘隔板-空气间隙-接地体(带电体)这种复合绝缘方式，这一方面降低了相对地或相间距离，减少了体积，提高了绝缘水平；另一方面也增大了设备绝缘问题的复杂程度，增加了影响因素，提高了绝缘的不确定性。

根据要求带电体与绝缘隔板之间的最小空气间隙应满足不小于60 mm，现场检查10家制造厂发现2家最小空气间隙小于60 mm[3]。带电体与绝缘隔板之间空气间隙过小，绝缘隔板表面的灰尘、水分等环境因素影响带电体处高电位场强分布，容易产生局部放电，同时绝缘隔板在高电场作用下加快老化速度。

2.3 绝缘材料材质较差

2006年前高压开关柜内的绝缘材料曾采用过酚醛树脂、聚氯乙烯及聚碳酸脂等，这类材料或容易吸潮、或本身容易带静电荷，在高压开关柜内发生过大量的绝缘烧损事故。近10年来高压开关柜内绝缘隔板主要为SMC绝缘材质，该类绝缘材质无论绝缘性能还是机械性能上都优于环氧树脂，但大量使用后，实际运行中发现，也时有发生断裂或表面击穿故障。SMC绝缘材质除应用于电力行业外还可应用于其它工业，价格差别很大，质量参差不齐，绝缘和机械性能存在较大差异。优质的SMC绝缘材质表面类似一层镜面，具有表面平整光亮、无弯曲、一次成型、无尖角、憎水性强等特点。

2.4 绝缘材料存在老化

绝缘材料老化是造成高压开关柜绝缘故障的重要原因，为解决40.5 kV高压开关柜空气绝缘净距离不足的问题，通常采用加装绝缘隔板的方式提高绝缘强度，然而通过开展SMC绝缘隔板老化试验、憎水性试验和拉伸强度试验发现即使采用优质的SMC绝缘隔板也存在老化的问题。

3 处理措施

3.1 已运行的40.5 kV高压开关柜

a. 充分利用暂态地电压、超声波等局部放电检测手段，加强高压开关柜局部放电带电检测，对内置老旧绝缘隔板的高压开关柜增加带电检测次数。

b. 结合停电机会，开展高压开关柜反措排查，将“高压开关柜内加装绝缘隔板后的最小空气绝缘净距”和“带电体与绝缘板之间的最小空气间隙”作为排查条款，排查结果应满足反措要求。

c. 开展绝缘隔板抽查试验，对运行5年以上的高压开关柜内绝缘隔板进行抽查，检查其憎水性和拉伸强度是否满足要求。

d. 不满足要求的绝缘隔板应进行更换，新的绝缘隔板必须具有凝露试验报告，并要求用优质绝缘材料一次性浇筑，无尖角。

3.2 新装用的40.5 kV高压开关柜

a. 为满足空气绝缘净距要求，40.5 kV高压开关柜柜宽由1 200 mm或1 400 mm提高至1 600 mm。交接验收时严格执行相间和相对地的最小空气间隙应不小于300 mm，带电体至门不小于330 mm的要求。

b. 新装用高压开关柜内禁止使用绝缘隔板、热缩套加强绝缘，如果采用固封式加强绝缘措施，应满足绝缘隔板与带电体间纯空气间隙要求。

c. 厂内试验阶段进行绝缘件局部放电试验检测，柜内绝缘件应采用优质绝缘材料浇注，单个固体绝缘局部放电量应不大于10 pC。

d. 新装用高压开关柜开展触头镀银层检测，动、静触头接触面镀银层厚度不小于8 μm，进行导电回路电阻测试，测试值合格的方可投运。

e. 严格落实配电室除湿措施，深入核算除湿机的除湿效果，配置合理的除湿设备。

4 结束语

现场运行经验表明，40.5 kV高压开关柜在运行过程中受绝缘隔板性能老化、绝缘距离不足、环境潮湿等因素影响，绝缘故障率明显较高；试验结果显示优质的SMC绝缘隔板存在老化现象。建议新装用的40.5 kV高压开关柜柜宽提高至1 600 mm，同时禁止使用绝缘隔板、热缩套加强绝缘；已运行的40.5 kV开关柜开展绝缘隔板抽查试验，不满足要求的应进行更换。

[1] 李建基．高压开关设备实用技术[M]．北京： 中国电力出版社，2005．

[2] DL/T 404-2007，3.6 kV～40.5 kV交流金属封闭开关设备和控制设备[S]．

[3] 国家电网生[2012]352号，国家电网公司十八项电网重大反事故措施(修订版)[S]．

本文责任编辑：王洪娟

Causes Analysis on 40.5 kV High-voltage Switchgear Panel Insulation Fault and Measures

Pang Xianhai1,Ji Lipeng2,Jing Hao1,Feng Jianping3,Li Xiaofeng1

(1.State Grid Hebei Electric Power Research Institute，Shijiazhuang 050021,China;2. State Grid Hebei Electric Power Corporation Xingtai Power Supply Branch,Xingtai 054001,China;3.Shijiazhuang Sikai Electric Power Construction Co.,Ltd. Power Supply Branch,Shijiazhuang 050000,China)

The causes for the high of 40.5 kV high-voltage switchgear panel insulation fault rate is analyzed,and the main reasons are that the lack of air insulating distance, the aging of insulating material,the improper composite insulation co-ordination,the poor quality of insulating material and so on.This insulation fault is discussed,and the specific preventive measures of the new equipment and operating equipment for 40.5 kV high-voltage switchgear panel is proposed.

high-voltage switchgear panel;insulation fault;air insulating distance;aging of insulating material

2017-03-03

庞先海(1983-)，男，高级工程师，主要从事高压开关设备试验及带电检测工作。

TM564

B

1001-9898(2017)03-0031-03