变电站KYN-40.5型开关柜异常放电原因及改进措施探讨

(国网湖北省宜昌供电公司,湖北 宜昌 443000)

变电站KYN-40.5型开关柜异常放电原因及改进措施探讨

范李平

(国网湖北省宜昌供电公司,湖北 宜昌 443000)

分析某110kV变电站的 KYN-40.5型交流金属封闭开关柜在运行及维护中发现的问题，对开关柜放电原因进行详细分析和总结，提出通过环境改善、布局处理、加装智能通风除湿系统、增加远程温湿度监控系统、更换开关柜内部绝缘件、加强电缆沟封堵质量等措施来减少该类设备的放电现象，提高该类开关柜的安全运行水平。

开关柜；凝露；放电；智能除湿

1 引言

随着电网的不断发展，KYN-40.5 系列开关柜在变电站中得到大量应用，其金属封闭铠装的结构设计，具有结构紧凑、占地面积小等优点。但该型开关柜生产厂家多，产品质量与施工工艺良莠不齐，在日常运行维护中发现开关柜内部存在放电问题，如果设备放电不能及时处理，会造成部分设备绝缘更加薄弱，引起更严重的事故。本文以某110kV变电站为例，对 KYN-40.5 系列开关柜放电的原因进行了详细的分析，针对存在的问题提出通过环境改善、布局处理、加装智能通风除湿系统、增加远程温湿度监控系统、更换开关柜内部绝缘件、加强电缆沟封堵质量等措施来减少该类设备的放电事故，提高该类开关柜的安全运行水平。笔者希望通过以此分析能为大家提供参考，通过对开关柜内部放电的原因进行分析,并找出解决的办法,对于预防事故具有十分积极的意义。

2 概况

某A变电站位于高山地区，该地区特点为春夏多雷击、多雨水、湿气重，秋冬雾气大、昼夜温差较大；在潮湿多雨气候下，高压设备及易发生凝露现象。该变电站35kV高压开关室配备了10面江苏东源生产的KYN-40.5型金属封闭开关柜，其结构如下：

该开关柜投运时间为2013年7月26日，从近两年的运行工况上来看，运维人员多次发现并处理开关柜内放电隐患，主要表现为开关柜内声音异常，且持续时间较长，停电后检查发现开关柜内部母线圆形静触头、支柱绝缘子等部位有明显的放电痕,柜内凝露及灰尘较明显，用手触摸有水粘腻感。由于开关柜长期在在潮湿的气候环境中运行，其内部的空气湿度、电极附近的绝缘介质表面粗糙程度等因素会发生改变，这种改变会影响绝缘子的绝缘水平。当开关柜发生局部放电时，空气湿度、电极附近的绝缘介质表面粗糙程度等因素的改变会进一步加剧局部放电，进而加速设备绝缘劣化，最终导致开关柜发生绝缘故障[1-2]。笔者希望通过以此分析能为大家提供参考，通过对开关柜内部放电的原因进行分析,并找出解决的办法,对于预防事故具有十分积极的意义。

3 故障情况

2015年9月24日，运维人员在对110kV 某A变电站巡视检查过程中，听到35kV高压室有异常声响，进一步聆听发现声音来自35kV 5号母线所属间隔开关柜附近，该声音为周期性 “嘶嘶”声，35 kV某01间隔、某02间隔开关柜声音明显较大，因此怀疑开关柜内部出现异常放电。随后运维人员汇报了调度，调度通知修试人员进行检查。修试人员使用便携式局放测试仪进行 TEV(暂态对地电压)及超声波测试，该测试是在设备带电情况下进行的，来反映局部放电量大小，分别对高压开关柜各个间隔和背景值进行测试，测试结果如表1所示。

图1 KYN-40.5型高压开关柜结构图

表1 暂态地电位及超声波试验结果

通过测试 TEV 以及超声波检测数据发现：35kV某01间隔开关柜放电量最大，超声波测量为前柜门为41dBμ、后柜门 45dBμ，35kV某02间隔开关柜次之，超声波测量为前柜门为23dBμv、后柜门19dBμv；35kV某01间隔开关柜暂态地电位测量为前柜门为28dBmv、后柜门为30dBmv，某02间隔前柜门为27dBmv、后柜门为24dBmv，其他间隔都低于该处，而且和开关柜局部放电测试 TEV 历史测试数据相比，明显增大。因此，可以推断 35kV某01间隔、某02间隔内部发生比较强力局部放电活动(注明：①暂态地电位测试标准为：测试值-背景值>20dBmv时开关柜内可能存在局部放电现象；②超声波检测标准：测试值>15dBμ，开关柜内存在严重局部放电现象)。

4 停电试验情况

运维人员将放电情况和测试结果汇报给调度，按调度命令对35kV5号母线及所属开关柜，进行断路器、CT、避雷器做高压试验，试验数据均合格；但对35kV某01间隔、某02间隔开关柜母线圆形静触头铜排做交流耐压试验，当电压升到30kV 时，放电声非常大，同时发现套管内有明显电晕放电现象，因此确定放电部位母线室圆形静触头处；在对35kV某01间隔开关柜后柜门支柱绝缘瓷套做交流耐压试验，也有明显的放电现象和灼烧痕迹，因此也确定35kV某01间隔后柜门支柱绝缘瓷套存在放电现象。修试人员将开关柜体及顶部打开，发现开关柜内母线圆形静触头有明显的放电痕迹，同时在绝缘件表面发现了类液态生成物，颜色呈现黄绿色。

同时柜内凝露及灰尘较明显，部分位置甚至呈水滴状，用手触摸有水粘腻感,以此推断开关柜内的运行工况条件相对较差；特别是在天气潮湿及内外温差变化大的时候柜内容易产生凝露。如果开关柜长期在在潮湿的气候环境中运行，其内部的空气湿度、电极附近的绝缘介质表面粗糙程度等因素会发生改变，这种改变会影响绝缘子的绝缘水平。当开关柜发生局部放电时，空气湿度、电极附近的绝缘介质表面粗糙程度等因素的改变会进一步加剧局部放电，进而加速设备绝缘劣化，最终导致开关柜发生绝缘故障。

图2 开关柜母线排、支柱绝缘瓷套放电部位

5 原因分析

(1)通风不畅，除潮不力。

由于某A变电站地理位置特殊，雨水多、湿气重、昼夜温差较大，在潮湿多雨气候下，高压设备极易形成凝露。目前，某A变电站高压室的通风设备只安装了两个排风机，且排风机安装位置过高，高压室内底部设备区的空气很难流通，根本达不到预期效果。除此之外，室内没有其他任何除湿设备。根据运维人员近一个月的记录，该开关室湿度始终在70%以上，由此看来，对于室内的设备安全运行的环境温湿度很难做到有效的保障措施。

另外，室内高压柜内，虽然已经安装了温湿度采集显示模块，加热板等设备，但运维人员并不能远程实时监视柜内温湿度的采集显示模块，还不能更好的掌握环境温湿度。因此，在无人值守的情况下，对于某A变电站开关柜，温湿度数据的上传，以及环境控制设备的远程控制也是急需要解决的问题。

(2)KYN-40.5开关柜设计不合理。

KYN-40.5系列开关柜采用封闭式结构，内部的手车室、母线室、电缆室和保护室之间也是相互独立的，设计制造时柜体结构未充分考虑合理有效的自然通风散热问题。由于KYN-40.5系列开关柜是全封闭式结构，没有透气孔，且出线全是电缆出线，电缆沟上来的潮气易积聚在柜内，加之柜内通风不畅，当环境温度变化时，易产生凝露，造成绝缘强度降低。开关柜内由于大量采用了压铸环氧树脂为材料的绝缘部件，尤其是高压电缆外绝缘层、环氧浇注电流互感器、酚醛环氧绝缘罩、相间隔板等复合绝缘材料的憎水性较差，若绝缘材料材质不好，空气湿度大且污秽严重，运行中会导致吸潮凝露，导致表面泄露电流增大。当介质受潮、脏污或有破损时，由于潮湿，介质表面的游离电子增加，使电极附近电场分布不均匀，电场强度增大到一定程度时即引起绝缘介质表面闪络放电，甚至引起短路故障。

(3)电缆沟施工工艺达不到要求。

变电站内电缆沟施工工艺粗糙，下雨天气积水容易从室外排洪沟渗水进入电缆沟，由于电缆沟内未设置排水孔，积水无法排出沟外，导致部分高压电缆长期浸泡在水中，如图3所示。

此外，开关柜与电缆沟连通封堵不严密，经过长时间的运行，因应力、劣化等方面的原因，可能导致出现细小缝隙，空气可以从电缆进线口后封板、门板缝隙等处进入柜内，其带有的水分、灰尘、污秽物等也进入柜内，使支持绝缘子、套管等绝缘件积尘严重，出现污垢和放电现象。根据空气流体力学原理可知，进入的气体有一种自升通风力。但是现在把气体的上升通道再顶部给堵住了，那么气流就停止在柜内，造成灰尘沉积在导电件和绝缘上，更为严重的是，当温度较高时，水汽会上升至母线室，由于后上板密封，水汽不能向外排出，当温度下降到露点温度以下时，在顶板或内壁表面会发生水珠凝结现象，形成凝露[3-4]。

6 采取措施及建议

(1)加快开关室通风除湿系统改造

针对某A变电站的实际情况，建议加快开关室的通风除湿系统改造：一是将开关柜全部停电后进行彻底干燥处理，对开关室的排风机和进气窗进行重新改造；二是增加温湿度智能控制柜、自动温湿度采集系统、自动除湿机、电缆沟的循环风机系统；三是在两侧开关柜柜体开孔并安装百叶窗，开关柜顶部装设排风扇，将开关柜内湿气排除外部,将封闭在柜内的潮气排出，因为潮气是设备绝缘老化，腐蚀和铜排锈蚀的一个主要外界因素[5-6]。

图3 35kV电缆沟存在积水现象

(2)增加远程温湿度监控系统

针对无人值守变电站，单靠运维人员每个月的周期性的巡视工作，并不能很好的满足运维人员监视柜内外温湿度情况，建议将在线测温的数据、温、湿度数据上传至后台主机或者内网主机进行远程浏览、监视和控制，系统内容最好包含：①实时数据；②超温、湿度报警；③反映历史温湿曲线；④温湿度分析；⑤局域网WEB查看、控制等功能，以方便运维人员实时监视和维护。

(3)提高开关柜内部绝缘件质量。

KYN-40.5 开关柜属金属封闭开关柜设备，是以空气绝缘配合复合绝缘的产品，且复合绝缘所占比重较大。KYN-40.5开关柜生产工艺必须满足：绝缘件光滑、平整，不能有毛刺；铜排断口应倒角和去毛刺；不应将铜排搭接口放在套管内；螺钉露牙不应过长，并应长短一致；在关键部位应采用圆头螺钉。采购设备时，应从招标源头上把关，在技术条件书中明确通风、加热除潮的要求，严防产品质量不高的35kV 高压开关柜进入电网运行。

(4)加强电缆沟严密封堵

电缆沟渗水、盖板有缝隙、开关柜与电缆沟封堵不严，是造成开关柜内部放电的潜在因素，因此应该加强变电站的日常巡视，定期开展电缆沟专项检查，发现问题及时整改。对于进出电缆孔用阻燃料封填，对电缆沟与开关柜之间进行严密的封堵，防止电缆沟内潮湿气体和灰尘窜入柜内，造成绝缘强度降低。加强设备运行维护，做到逢停必扫，强化运行维护，保证绝缘良好状态，确保设备安全稳定运行。

7 结论

KYN-40.5 型 开关柜是一种很重要的 35kV电力设备，其安全运行是电力系统供电可靠的重要保证。通过对一起35kV高压开关柜内部放电的原因进行了分析,并提出切实可行的防范措施,为以后的设备运维管理提供重要依据，对预防此类由受潮而引起的开关柜内放电具有积极的意义。

[1] 孟凡生，金观华，程光强，等.空气湿度对开关柜局部放电影响的试验研究[J].电力与能源,2012(4):51-52.

[2] 王琪，李秋香，王晓健，等.开关柜放电原因分析与治理[J].山东电力技术，2014，41(3)：42-43.

[3] 耿伟,鲁永.一起35kV开关柜内部受潮放电的原因分析及处理[J].电气开关,2008(4):65-66.

[4] 张成顺.一起35kV 开关柜柜内异常放电处理[J].电力与能源,2013(11):75.

[5] 曹晓珑，钟力生.电气绝缘技术基础[M].北京:机械工业出版社，2009.

[6] 张娜，赵烜.浅谈电力用户高压开关柜绝缘事故频发的原因 [J].电源技术应用，2012(10)：218.

StudyonReasonsandImprovementMeasuresforKYN-40.5SwitchgearAbnormalDischargeinTransformerSubstation

FANLi-ping

(Yichang Power Company Substation Operation Center,Yichang 443002,China)

The architecture of the substation,about KYN-40.5 AC metal enclosed in a 110kV substation switchgear exposed during operation and maintenance problems were analyzed.Switchgear discharge reasons detailed analysis and summary.In this paper,through environmental improvement,the layout process,the installation of intelligent ventilation dehumidification system,increasing remote temperature and humidity control system,replacement of switchgear internal insulation,strengthen the quality of the cable channel closure and other measures to reduce the discharge phenomena such equipment,In order to improve the level of safe operation of such switchgear.

switchgear；condensation；discharge；intelligent dehumidification

1004-289X(2017)02-0103-04

TM591

B

2017-02-17

范李平(1983-12)，女，硕士研究生，工程师，主要从事变电运维及其综合自动化工作。