10 kV高压开关柜电晕问题分析及处理对策研究

王晋强

（山西阳城阳泰集团白沟煤业有限公司，山西晋城 048100）

0 引言

伴随着社会经济的快速发展，极大地促进我国电力行业的繁荣，在当前的电力项目中，10 kV高压开关柜以其独特的优势得到广泛应用，显示出其他开关柜所不具有的优势。通过运用10 kV高压开关柜，能够为电力系统的稳定运行提供有效保障，同时一旦系统发生故障，10 kV高压开关柜能够实现对不同设备间相互连接的中断，从而为电力设施设备及人员安全提供有效保障[1]。

1 10 kV高压开关柜种类及特征

目前，电力行业已经实现对10 kV高压开关柜的广泛应用，形成种类繁多、区别明显的多种开关柜并存的局面。根据开关柜形式的不同，可以将10 kV高压开关柜分为手车中置式开关柜、负荷开关柜、手车落地式开关柜、固定式开关柜及箱式开关柜几种，其特征分别如下所示：

（1）箱式开关柜

对于户外用电场所，较常用到的开关柜形式主要为箱式开关柜，该类开关柜受体积及散热性能的限制，对于一些负荷较大的供电系统不能很好地满足供电系统的需求，故而对于一些负荷较小的供电系统常选用箱式开关柜。

（2）固定式开关柜

对于一些变电站或厂矿企业，常选用固定式开关柜，该类开关柜的特点在于具有较大的内置空间，能够实现对各类电气元件的灵活摆放，但同时该类开关柜具有封闭性和防护性较差的特点，故障发生概率较高，因而已经逐步遭到废弃[2]。

（3）手车落地式开关柜

要选用手车落地式开关柜必须配套高强度的箱底，这一开关柜因其先进的技术已逐步占据一定的市场。

（4）负荷开关柜

对负荷开关柜进行细分，还可以分为SF6负荷开关柜和HXGN负荷开关柜两种，其中SF6负荷开关柜具有更高的防护等级和维护的便利性，故而在新建配电室中已得到广泛应用。

（5）手车中置式开关柜

在10 kV开关柜中，手车中置式开关柜是应用最为广泛的一种，具有其他开关柜所无法比拟的优势，具有广阔的发展前景[3]。

2 10 kV开关柜电晕现象及原理分析

（1）电晕现象分析

电晕又称电晕放电，表现为带电体在高压环境下产生电离从而向周围空气释放游离电的放电现象。在正常气压和强度下，当高压带电体的电压持续上升直到电压临界值，或者当高压带电体具备电晕电场的强度时，就会提高空气中原有离子的动能并促使其持续上升，直到某一固定临界值，进而对其他不带电分子产生撞击作用，并将其离子化，导致空气发生部分导电。此时，高压带电体四周呈现出蓝色辉光放电现象，也就是所谓的电晕现象。当电极曲率半径偏小且电极四周场强偏高时，也往往导致电晕现象的出现[4]。

（2）10 kV高压开关柜电晕产生的机理

就单纯气体而言，因其导电性能不佳而被认为是良好而绝缘体，然而随着气体间隙外施电压的不断提升就会导致电流的迅速增加，使得气体具备导电性能，导致其绝缘性能的破坏，最终导致自持放电现象的发生。可以将导致10kV高压开关柜产生电晕的原因总结为如下两点：一是空气间隙存在于开关柜中，二是电场强度高于空气间隙的外施电压。同时，空气隙在10 kV开关柜的电极及绝缘材料内部是客观存在的，所以当空气隙受电压应力作用较大时，就会出现击穿气体的现象，最终导致电晕的出现。绝缘体最早受到10 kV高压开关柜局部放电的烧蚀，并随着烧蚀的持续而产生腐蚀绝缘表面的臭氧和酸，通过烧蚀和腐蚀的双重作用使得绝缘表面变得粗糙，并进一步向绝缘体内部渗透，尽管损坏不是即刻产生的，但随着烧蚀的持续会产生向四周传播的力量，使得通路呈现枝状生产，最终使得绝缘体具备导电性。这主要是由于枝状通路的内壁被碳化所致的。对于10 kV开关柜的电晕现象，具体变现为内部电场的不均匀性。就10 kV开关柜而言，相比较于其他放电形式，电晕现象的主要特征在于其电流强度是由电极外其他空间的电导控制的，受到气体密度、性质、外加电压及电极形状等因素的影响。对开关柜不同时期的电压进行明确区分，其中将电晕产生时的电压命名为起始电压，此时电压要比击穿电压较低，且受电场均匀程度的影响，二者的差值随着电场均匀程度的提升而逐渐减小。开关柜元件性能受电晕现象的影响和破坏，对10 kV开关柜的整体性能产生负面影响，埋下安全隐患[5]。

（3）10 kV高压开关柜电晕危害分析

在10 KV高压开关柜故障中，电晕故障是较为普遍的一种，其危害集中体现为：（一）受局部场强驱动，部分电极和尖极的电子和离子会出现高速运动的现象，并在不断运动的过程中实现与气体分子能力的交换，产生电风。当缺乏足够的刚性对电极进行固定时，受气体反作用的影响，电风就会导致电晕极发生转动或振动现象；（二）电晕的放电作用往往会导致高次谐波和高频脉冲电流的产生，对无线电通讯产生干扰；（三）电晕的产生还可能引起空气的化学反应，释放臭氧、氮氧化物等，其中，臭氧具有强氧化性，氮氧化物又具有强腐蚀性，均会对气体中的金属电极队及固体介质产生严重的腐蚀和损伤[6]。

3 10 kV高压开关柜电晕处理办法

环境湿度是导致高压开关柜产生电晕现在的关键原因所在，尤其在近海地区，往往因空气盐份含量过高而对开关柜断路器的绝缘性产生影响，并在电场的长期作用下导致电晕现象的产生，而这种电晕现象又因规模较小而不能轻易被发现，在长期的作用下对极柱的环氧表面产生烧灼等损毁，导致硅微粉残留在极柱的局部地方，对极柱的绝缘性造成进一步损毁，使得电晕现象更为严重。因此，一旦发现10kV高压开关柜出现电晕现象，需要及时采取停电检修的措施，同时逐个清洁开关柜中铜排表面、电流互感器、断路器等元件中存在的污垢和锈蚀，最后对断路器进行检验，确保检验无误后再重新启用[7]。尽管受电晕影响所产生的氮氧化物和臭氧不会在短期内对断路器的绝缘性产生明显的损害，但在长时间作用下，也会逐步腐蚀断路器中的金属材质，进而加快绝缘材料老化的速度，进一步导致电晕现象的加重。所以当10kV高压开关柜产生电晕现象时，需要综合考虑开关柜所处环境的温度及湿度，同时对柜内电场强度进行合理控制，才能从根本上环节并消除开关柜的电晕现象，具体可按如下办法进行处理：首先，对10kV高压开关柜内的温度及湿度环境进行调整，尤其对于近海地区空气盐分含量偏高的情况，要尽可能降低开关柜断路器绝缘材料受盐分水汽的腐蚀，检修人员在对10 kV高压开关柜进行检修时，要尤其注重对一二次进线口封堵情况的检查，同时还要及时检查开关柜的通风系统。对于空气湿度较大的地区，要注重对除湿设备的设置，以实现对环境湿度的有效改善。其次，要有效改善开关柜中的电场分布情况，实现对柜内电场强度的有效降低。因此，在设计开关柜及其断路器和互感器时，倒角圆滑的铜排往往是彼此间相互连接铜排的最好选择。同时还可以对开关柜与断路器之间的铜排进行适当调整。此外，为有效缓解和消除电晕，还可以对绝缘层采取具备增厚措施，涂抹防污闪涂料也是一种不错的选择[8]。

4 结束语

总而言之，一旦10 kV高压开关柜产生电晕，整个电力系统的性能都会受到严重影响，不仅会增加电力工程成本开支，而且易对作业人员的安全造成威胁。基于此，为有效降低开关柜产生电晕现象的危害，重点对10 kV高压开关柜产生电晕现象的原理及特征进行深入研究分析，并提出针对性处理措施，以期能有效降低高压开关柜电晕问题发生概率，更好的维护电力系统的正常运行。