35KV 开关柜内放电故障的分析

刘建军

1 放电故障产生原因

1.1 设备质量存在缺陷

金属铠装35KV 开关柜设备存在一定缺陷，室内35kV 开关柜由于其操作方便、占地较少、安装简单等优点，取代了大部分传统的敞开式开关设备，然而，开关柜厂家在设计时必须减小柜体尺寸，绝缘设备的裕度及爬电距离被压缩。个别生产厂家的电气元器件，绝缘材料以次充好等等，为设备在运行中发生故障或事故埋留下隐患。

1.2 配电装置运行环境潮湿，相对湿度超标

升压站的初期选址及配电装置室设计的缺陷也是设备发生放电等故障的主要原因；设计院在设计高压配电室时，为了保证开关柜在夏、秋季节的散热通风，一般都留有窗户或通风口。户外的湿气很容易通过这些通风口进入柜内累计，增加柜内的相对湿度。电缆沟道的防水做得不好，雨季时雨水通过户外电缆沟进入户内，也是增加开关柜内潮湿从而引发放电现象的原因。

1.3 运行中的开关柜因检修定检的原因，长时间停电

往往在送电前检测设备绝缘电阻时发现绝缘较低，甚至满足不了恢复送电的条件。开关柜本身几乎是个密闭的空间，因运行中带（导）电部分如母线及元器件等会发出少量的热量，使柜体内处于正压状态，这时通过热交换进入的湿气较少，绝缘部件能够满足运行要求，产生的放电现象较少。当开关柜停电后，随着柜内空间温度的降低，柜内空间处于负压状态，柜外潮湿空气进入柜内并充满柜内空间，甚至凝结成水。从而使开关柜易发生放电故障。

1.4 施工中留下的隐患

35 KV 开关柜母线室内母线因电压等级较高易产生电晕，需用绝缘护套将表面缩封；同时应用4 mm2的绝缘软铜线与每个绝缘套管进行连接，目的是使周围电场一致，不容易产生放电。

但因现在的施工队伍技术水平参差不齐，个别工程在母线安装时屏蔽线没有安装，致使预留的母线上固定屏蔽线的螺丝孔（该处无绝缘护套）对着绝缘套管放电，长期放电导致绝缘击穿等故障发生

2 事故案例

案例一.2013 年5 月10 日，盘锦某风电场35KVII 段停电技术改造，施工过程几乎每天都在下雨；技改结束当天环境的湿度已达到96%；工程经过业主验收后全部通过；为了抢发电量，运行人员经过对设备的绝缘进行检验能够满足送电的条件后，开始对35KVII 段进行送电，当对母线进行充电时，一声巨响，发生了设备事故。事故发生后对故障地点进行了认真检查（如图2）。

发现35KVII 段#2 消弧消谐柜B 相母线对高压套管发生放电，并使绝缘套管击穿，套管损毁，B 相母线损毁，致使II 段母线保护动作，整个II 段设备全部停电。初步分析本事故发生的原因是由于套管与母线间的屏蔽线没有安装（图一：经检测发现多处无屏蔽线，母线护套由明显放电痕迹），母线上裸露的螺丝孔处对套管长期放电，当环境的湿度严重超标后套管的绝缘程度急速降低，最终放电电弧直接爬过套管表面与接地金属部分发生短路，造成母线设备损坏事故。事后将35KVII 段#2消弧消谐柜母线室段母线及两侧高压绝缘套管全部拆除，更换新的母线机绝缘护套；补充安装35KVI、II 母线缺少的屏蔽线，为了降低35 KV 配电室的湿度，在配电室内增加安装4 台除湿空调，加装湿度表，随时检查配电室内的湿度。抢修作业接近尾声时，35 KV 配电室内环境湿度已降至60%。设备恢复完毕后对其进行了绝缘检查和工频交流耐压试验，合格后35KVI、II 段设备送电成功，未听到放电声音。经过21 个小时的抢修所有设备恢复运行。

案例二：2015 年8 月2 日锦州某风电场开始进行一年一次的定检预试工作，停电检修为期2 天；8 月3 日晚定检最后的工序35 KV 母线耐压试验，在母线耐压前的绝缘检测时发现35 KV 配电装置母线绝缘电阻不足10 MΩ，不能满足耐压及最终送电条件；绝缘降低首先判断为潮湿所致，把母线拆分进行绝缘电阻检查发现除主变低压侧开关柜绝缘电阻低外，其余开关柜绝缘电阻均在1 000 MΩ 以上；经认真检查发现主变低压侧开关柜内开关触头柜体侧套管内壁有大量的凝结小水滴，柜下电缆沟内存有大量的积水；立即对凝水处进行清理并用无水酒精进行擦拭；同时清除电缆沟内的积水，对开关柜下的孔洞缝隙进行密封，对柜体内进行清理及烘干，烘干采用强制通风和加热共同进行；经3 个多小时的烘干，再次检验绝缘电阻，发现绝缘电阻并没有明显提高；经探讨，决定用工频耐压装置对母线进行逐步升高电压的检测，当电压升至近20 KV 时，听到开关柜内侧发出“噼噼啪啪”的放电声音。经检测发现放电地点为开关柜母线室母线与断路器柜内触头上部位置，为母线与套管间放电，套管与母线间有明显的亮点和蓝色的电弧（如下图），于是再次对放电部位及周边进行烘干，经过2 天烘干后检验绝缘电阻，发现绝缘电阻并没有太多提高。与业主协商联系开关柜厂家，购买相同型号的绝缘套管更换原有的旧绝缘套管，再次检测母线绝缘电阻，绝缘电阻已达到2 000 MΩ。进行母线工频交流耐压，该段母线的试验结果达到要求，35 KV 母线送电成功。

3 消除故障措施及建议

（1）通过上面的案例及分析，35 KV 开关柜内存在普遍的放电现象，放电产生的原因也是多样性的。但几乎所有的放电现象都与设备环境潮湿或柜体内凝露有关，也就是说所有运行单位对35 KV 开关柜设备防潮湿和防凝露措施不到位，不能认真的提高设备的运行环境。建议设计之初在升压站地址选择方面应尽量远离水塘、稻田、河流、湖泊等空气潮湿地点，如必须设置在上述地区时，应配套做好35 KV 配电室除湿措施 ，如增加足够的除湿设备等。加强户内电缆沟与户外电缆沟间的密封，做好电缆沟防水防护；防止户内开关柜下电缆沟进水或渗水积水，增加电缆沟排水设备，电缆沟一旦积水应迅速将其排除。加强开关柜下部与电缆沟间有效的密封，防止电缆沟的潮湿气体进入开关柜内。减少柜内空气湿度，防止放电现象发生。

图1

图2

（2）凝露的产生需同时具备空气潮湿，设备表面存在较大温差条件。因此建议常年处在空气潮湿环境的35KV 配电装置应尽量缩短定检停电时间，如必须长时间停电，送电前应认真擦拭清理开关柜内的绝缘部位，同时采用除湿设备，降低环境湿度，确保装置的安全送电。

（3）加强35 KV 开关柜在安装施工过程的技术及质量控制，35 KV 电压等级的一次设备在变电站内本身是已开放状态布置的，但风电企业选择35 KV 电压架空集电线路传输，这样做更加经济。为了方便运行维护，减少占地面积，采用35 KV 金属铠装配电装置；35 KV 开关柜本身结构紧凑，需压缩绝缘设备的尺寸及长度且电压等级较高，使其在运行过程存在着设计缺陷。建议业主在招标相关设备时选择采购整体质量及配件较好厂家的设备。另外在施工的整个安装工程要加强施工质量管理，对每个分项工程都应认真验收检查，在施工单位的施工工艺施工细节等方面严格监督，防止丢落设备即偷工减料等；防止为今后的设备安全运行留下隐患。

（4）35 KV 开关柜内的设备绝缘部件几乎全部采用树脂材质，如电流互感器外壳、母线室及高压柜间套管、触头绝缘套管、支柱绝缘子等等。35 KV 高压开关柜内树脂绝缘部件在潮湿空气环境长期运行极易引起绝缘老化。在高电压的作用下绝缘部件表面会出现薄薄的一层黏黏的东西，这应该是绝缘降低引起薄弱位置放电的根本原因，也是绝缘劣化、老化的表现，要想延长绝缘老化过程，首先应定期对35 KV 开关柜及母线进行清扫，每年在夏季来临之前进行清扫；清除开关柜内附着的灰尘以及水渍等，清理过程建议尽量少使用化工类清洗剂，个别清洗剂会加速树脂型绝缘部件绝缘老化。同时清理过程认真检查导电部件边缘及35 KV 母排上的绝缘热塑套管边缘的毛刺进行打磨，避免产生污闪放电。对经过长期运行还存在放电现象，或绝缘程度降低严重的部件，在经过烘干后绝缘电阻改善变化不明显的绝缘部件，建议进行更换。建议各升压站自备部分绝缘备件，并妥善保管；防止运行设备因放电而带来的长期停电事故发生。

4 结束语

金属铠装35 KV 开关柜的放电现象虽然由来已久，且现象较普遍；但并不是不可改变。采取有效的措施完全可以减低或消除35 KV 开关柜的放电现象。随着科学技术的发展进步，我想开关柜放电的问题最终会得到彻底的解决；也希望设计单位，在设计之初为设备的安全运行选择一个好的大环境，减少因环境潮湿而引起的放电现象及设备损毁事故。同时提醒运行单位在设备的安装工艺及质量方面认真把关，在设备运行过程严格检测设备的运行环境和设备的运行状态，为减少设备故障把好最后关。

图3