一起35kV开关柜电缆绝缘气隙放电原因分析

2018-10-30欧阳年会刘锦伟陈天擎黎心强

江西电力 2018年10期

周杰，欧阳年会，刘锦伟，陈天擎，黎心强

（国网江西省电力有限公司宜春供电分公司，江西宜春 336000）

0 引言

随着社会经济的快速发展，人们对电力能源的依赖越来越高，同时对电网的安全性、稳定性也提出了更高的要求。高压开关柜被广泛应用于电力的发、输、配领域，是变电站向大用户或配网输送电力资源的重要设备之一，其安全性及可靠性要求越来越高。据统计，电力设备的大多数故障为绝缘性故障，在高电场、热效力等各种因素作用下，劣化缺陷最终发展成绝缘性故障。对高压开关柜进行跟踪带电检测，可以获得设备绝缘变化的信息，对设备的运行状况提供合理的诊断及检修策略；同时也克服了传统停电试验的局限性。本文通过采用超声波检测、暂态地电压及特高频联合检测手段成功发现一起35 kV开关柜电缆内部绝缘气隙放电缺陷，通过对开关柜停电检查并发现放电部位，分析了该开关柜放电的原因，并提出有效解决措施。

1 35 kV开关柜检测过程

1.1 超声波局放检测过程

2018年4月29日，对某110 kV变电站35 kV高压室开关柜进行超声波局放检测，测试高压室背景噪声值为-10 dB，频率成分1/频率成分2相关性均为0 dB。检至35 kV铜升光伏323开关柜后柜门电缆室散热孔位置时，检测到一个幅值最大的超声波信号源，对超声波特征图谱数据分析可知，如图1所示，超声波周期最大值为20 dB，频率成分2大于频率成分1；相位图具有聚集效应；波形图谱中，每组波形形态各不相同，且波形不稳定，文献[1]中提出初步判断具有沿面放电特征且伴有少量绝缘气隙放电特征。根据开关柜超声波检测结果及开关柜结构，初步判断35 kV铜升光伏323开关柜电缆室疑似存在放电异常。具体放电类型应结合停电解体和特高频来确定。

图1 35 kV铜升光伏线323开关柜电缆室超声波图谱

1.2 暂态地电压检测过程

采用暂态地电压测试手段，测得暂态地电压空气金属背景幅值为9 dB（测点位置：高压室金属门及窗口）、接地金属背景为10 dB（测点位置：备用柜侧面中部）。对323开关柜及邻近322开关柜的暂态地电压检测结果做出横向比较，如表1所示。

表1 323开关柜与邻近开关柜暂态地电压局部放电幅值dB

从表2横向对比结果可以看出，35 kV铜升光伏线323开关柜在后下部位暂态地电压局部放电幅值均较临近侧开关柜相差不大，同时与背景值相差不大。认为暂态地电压无法验证该处放电异常。

1.3 特高频局放检测过程

采用PDS-T90型局放测试仪特高频检测功能进行验证检测，通过高压室门口测取了空气背景，判断确无干扰信号。随后对35 kV铜升光伏线323开关柜及相邻开关柜进行检测，测试点位于后下部散热孔及观察窗处，其特高频PRPD/PRPS图谱及UHF周期图谱如图2所示。

图2 特高频PRPD、PRPS图谱及UHF周期图谱

分析：根据特高频图谱特征图谱可以看出，35 kV铜升光伏线323开关柜后柜观察窗处检测到异常特高频信号，每周期两簇，具有局放特征，幅值有大有小。文献[2]结合图谱特征与检测部位判断为绝缘气隙放电类型。

2 停电处理与放电原因分析

2.1 停电检查

根据超声波检测结果及特高频验证，判断35 kV铜升光伏323开关柜电缆室存在局部放电危急缺陷。运维人员立即对该开关柜申请停电处理，同时安排检修人员对该开关柜后柜门电缆室进行开柜检查，如图3所示。发现35 kV铜升光伏323开关柜电缆护套存在明显放电痕迹，电缆热缩套表面局部严重受损，有碳化现象，解体后发现电缆主绝缘被破坏，由于主绝缘与护套表面形成放电通道，使得绝缘气隙放电和沿面放电伴随存在。

图3 开关柜停电检查照片

检修人员将三相电缆护套进行解体，截去绝缘受损部分，并重新制作电缆头和护套。对其进行绝缘电阻和串联谐振耐压试验，试验结果合格后送电并进行复测，测试结果正常，可知为同一放电源，该开关柜缺陷消除。

2.2 放电原因分析

对电缆进行解剖，电缆剖面示意图如图4所示，发现电缆热缩套和半导电层之间存在气隙。分析认为安装电缆终端时由于使用刀具剖切外半导电层后将它剥离，由于施工质量不良，在电缆主绝缘表面留下刀痕气隙，加之施工时间控制严格，刀痕处理一般较为粗糙，加上该电缆护套为热缩材料，在制作过程中工艺不良，在用喷灯加热收缩固定时，造成局部加热不均匀，使得绝缘护套与电缆主绝缘之间衔接过程中留有气隙，导致气隙缺陷的存在。

图4 电缆剖面图

根据介电常数ε＝D/E，相对介电常数εr＝ε/ε0，可知在一个交变的电场作用下，相对介电常数与电介质的电场强度成反比。对于含有气隙的电缆终端绝缘，由于空气的相对介电常数εr=1，交联聚乙烯绝缘电缆的相对介电常数εr=2.3，相对介电常数的突变造成电场强度的畸变，造成气隙电场强度大于周围电场强度。同时，由于电势在半导电层处降落至地电位，所以气隙靠近半导电层处位置的电场更强，电场强度最大值Emax也出现在该位置，此处更容易发生局部放电。从电场方向上分析，气隙电场方向与电缆径向大致相同，由于放电是电场作用下的电荷行为，所以放电集中区域的气隙通道应主要沿电缆径向通道发展。

现场检查发现开关柜内部加热装置失效以及开关柜底部没有封堵好，电缆沟存在积水，使得开关柜底部潮气严重，在电压和潮气的长期作用下，加速了绝缘强度的降低，最终在气隙缺陷处绝缘击穿。

3 主要治理措施

3.1 改善运行环境

开关柜内部完善除湿通风系统，如在开关柜内增装防凝露装置、加热板、柜顶风机，在各隔室顶部开百叶窗通风孔等措施。另外，高压室进线电缆孔、通往旁边高压室电缆沟、每个开关间隔电缆坑间用瘦水泥进行封堵；开关柜进线电缆孔及封板用防火泥封堵。在高压室配备工业抽湿机或空调机，用以驱潮。还有，该变电站高压室电缆沟外高内地，雨水比较容易进入电缆沟形成积水，应及时清理电缆沟内积水，并在高压室外设置渗水井，防止雨水进入电缆沟。

3.2 加强日常维护及检修

巡视时，若发现有开关柜放电，则应及时处理。在相对湿度不小于85%时，必须检查以下情况：高压室处于密封状态；抽湿机或空调机开启并处于抽湿状态；全部开关柜驱潮装置工作正常并处于开启状态。此外，日常巡视需检查温湿度控制器是否正常，潮湿季节应切换为手动模式长期投入。

设备停电检修时，检查温湿度控制器功能是否正常，用酒精擦拭高压设备表面，清扫设备表面的灰尘和潮气，并在绝缘挡板表面涂防污闪涂料或更换绝缘挡板，及时恢复设备的外绝缘，防止设备间发生放电故障。定期进行检测试验，如对开关柜定期开展TEV（暂态对地电压）及超声波检测，以趁早发现局部放电，做到早发现早处理。

3.3 严把设备安装及验收关

针对设备安装人员必须经过专业培训及考试合格，方可进行设备安装。由于安装人员工艺水平参差不齐，在使用热缩材料制作时往往工艺达不到标准；故在电缆护套制作时，建议使用冷缩材料。必须考虑当地的地理环境和气候条件，加装适当的除湿器和加热装置，且绝缘材料应符合运行要求。在验收过程中，严格按照国网变电“五通”标准，在源头处将隐患根本消除。