35KV高压开关柜内放电的故障分析及解决办法

张素龙 朱丹青

1.国家电投集团广西灵川风电有限公司 广西 灵川 541200

2.国家电投集团广西电力有限公司桂林分公司 广西 桂林 541000

高压开关柜通常是应用在电力系统方面,使用非常广泛,比如在发电、输电、配电、电能的转换和消耗中起通断、保护或控制的作用,在实际的使用中,高压开关柜是有很大的安全隐患的,具有潜在风险,这常常会不利于高压开关柜的正常工作。高压开关柜作为电网的主要设备在电力系统中得到广泛的应用,其内部绝缘部件有穿柜套管、支柱绝缘子以及断路器、CT、PT的绝缘部分,起到隔离高电压和地电位的作用。由于高压开关柜内空间一般比较狭窄,绝缘距离较近,设备在正常运行情况下,往往也会在强电场的作用下有轻微的放电,但是当高压开关柜内部出现绝缘缺陷时,放电量会变大,有时能明显听到较大放电声,其内部绝缘缺陷也不尽相同。本文根据这些问题和情况,对35k V高压开关柜内放电和解决措施进行了分析和研究。

1 高压开关柜内放电故障诊断的原则

我国在电力事业的发展和部署过程中,高压方面的各项技术操作、设备运用,都必须从长远的角度来出发,如果继续落实老旧的思维和技术模式,不仅无法得到预期效果,还会造成新的挑战和疏漏。所以,我们在高压开关柜内放电故障诊断的过程中,有必要对相关原则积极的执行,这样才能在相关不足的解决上,不断的取得更好的成就。分析认为,高压开关柜内放电故障诊断的原则,应坚持在以下几项内容上良好的开展：第一,高压开关柜内放电故障诊断的方案设定,必须保持高度的成熟性,经验可以作为参考和指导,但是不能作为决定性的依据,所有的诊断操作都要给出足够的保障,不能执行冒险的方法。第二,高压开关柜内放电故障诊断的落实过程中,针对各类特殊情况,或者是有可能发生的小概率事件,同样要做出有效的分析和掌握,这样可以在具体工作的实施过程中,及时的进行问题的纠正,避免造成突发事故的恶劣后果。

2 高压开关柜内放电的发现查找过程

2.1 发现过程 高压开关柜出现内放电都是根据实际情况去分析和查找的。例如在一个110k V的变电站,相关的维修人员会检查和巡视相关的设备工作情况,在途中发现35k V的高压开关柜附近发出一些特别的声音,工作人员靠近去寻找声音的来源,然后工作人员确定是35k V高压开关柜的问题,它有规律的发出“嘶嘶嘶”的声音,声音比较大,工作人员就判断开关柜内部一些地方很可能有内放电的问题。有了大概的判断和预测后,工作人员使用便携式局放测试仪UltraTEVPlus+开始暂态对地电压测试。由于这个测试的设备是带电的,这个测试的结果可以反映局部放电量的情况,能够分开测试每个高压开关柜的间隔和背景值。经过TEV测试后的结果发现,高压开关柜的间隔有一处的放电量很大,其中最高达到60dB,别处的间隔是比较低的,并且从测试的数据中还发现这次开关柜局部放电测试数据是有史以来最高的,有非常大的变化。通过这些测试和数据分析,可以确定35k V高压开关柜内的某一处存在非常明显的内放电问题。

2.2 确定放电异常的位置 把放电异常存在的具体情况和测试的数据进行分析和研究,可以对以上发现问题的开关柜进行详细的测试和检查,把存在异常的某一处断电隔离,然后使用CT、避雷器、该处的断路器开展高压测试,发现测试的数据都是符合标准的。再对这一处被隔离断电的开关柜进行测试,利用出线铜排开展交流耐压实验,发现电压达到30k V的时候,放电的声音很大,而且穿柜套管内部还有一些电弧,这就可以确定放电异常的位置在穿柜套管,把这些零部件都拆掉,会发现铜排和套管有接触的地方,产生了铜绿,并且还有一些损伤。在这些设备开展工作的时候,可以分析一下它们工作的原理,铜排是插在套管圆筒里面的,套管外部被固定在柜子最上面的金属外壳上,这个金属外壳是接在地下的,这样可以让地和具有高压的铜排绝缘。这种绝缘类型是电容分压式的,因为套管和铜排两者连接的地方是圆形的,它们一定会接触在一起。

3 内放电的具体原因分析

经过分析发现形成内放电问题,短期内是不太容易出现的,通常都是不断发展形成的,它主要有三个阶段,一是漆层老化击穿过程,二是铜绿出现、损坏铜排,三是在空气间隙放电过程。下面对这三个阶段进行详细的阐述。

3.1 漆层老化击穿过程 一般铜排的外部都会涂一层黑色的漆,这是为了防止铜排被腐蚀、损坏,由于铜排窄面和套管内腔连接的非常紧密,绝缘的黑漆层处于两者之间,但是套管是使用环氧树脂来进行绝缘的,这就意味着黑漆层和环氧树脂两者相互组合,共同构成了绝缘部分。绝缘的黑漆介点常数比较小,而环氧树脂的则比较大,由于绝缘系统在进行交换个转变电场的时候,介质的损失和消耗比较小,介电常数和介电分布情况两者是反比。也就是说,如果套管的场强比较小,漆层的场强相比套管而言是比较大的,这就会导致击穿场强是很低的,同时还有自然环境(氧气、水分等)的影响,这会使漆层逐渐老化击穿,失去绝缘的效果,造成铜排被氧化。

3.2 铜绿产生和铜排损伤的过程 由于铜的金属特质,它会受氧气、二氧化碳、水、等因素的影响,它们会互相作用而产生化学反应,产生碱式碳酸铜,也就是铜绿。从化学性质上来说,铜绿是一种离子化合物,它在粉末的状态下,是不能导电的。铜绿多出现在在套管和铜排之间的部位,这主要是由于黑漆层和环氧树脂两者共同构成的绝缘部分出现问题,绝缘效果减弱,逐渐产生铜绿,但是铜绿的耐电强度比较低,而环氧树脂的耐电强度高,导致高压开关柜在使用的时候,铜绿会有比较强的电场,如果出现局部放电的情况,这就会造成铜排损伤,并因为其化学性质,会在水、氧气、二氧化碳的作用下产生腐蚀,铜排慢慢的被损坏。

3.3 空气间隙放电过程 经过以上两个阶段的损坏,会导致铜排和套管不能像之前一样紧密接触,它们之间会有一定的间隙,大约1～3毫米,这样空气和环氧树脂又组成了新的绝缘部分,但是空气的介电常数比较低,承受场强高,击穿场强低,这就导致空气间隙被击穿是很简单的,造成高压开关柜局部内放电。铜排产生铜绿后腐蚀严重,表面会凹凸不平,凸起的部分由于场强不太分散,就会有电晕放电,产生电弧,由此可见,会产生很大的放电声响。

4 解决方法和防范措施

4.1 在铜排外部加装热缩套 热缩套的绝缘性能非常好,可以更有效的防止铜排被氧化、腐蚀,延长使用寿命,使高压开关柜充分发挥作用,为了避免高压开关柜内放电问题,这种方式在电力系统中是使用的最多的,应用非常的广泛。

4.2 驱除开关柜内潮气 潮气对设备的影响很大,它会使设备老化,铜排产生铜绿被腐蚀等等,因此驱除开关柜内的潮气是很有必要的,可以在高压开关柜内部安装一个驱潮的设备,可以利用湿度传感器,用其来监测开关柜内的湿度情况,当达到设定的湿度值时,就能自动开启加热片驱除、蒸发潮气,而且还可以安装排气扇,利用排气扇把开关柜内的潮气排出。

4.3 安装带屏蔽引出线的穿柜套管 如果套管没有屏蔽引出线,这会使漆层很容易老化,带屏蔽引出线的穿柜套管可以让绝缘组合减弱承受的场强。

5 结束语

综上所述,高压开关柜在整个电力系统中发挥这十分关键的作用,它可以保护体统的设施,让其安全使用,而且还保障电力系统正常运行。对于高压开关柜内放电的问题,要认真的分析研究,根据实际遇到的故障,具体问题具体分析,及时的去寻找出现异常的位置,积极的采取相应的解决办法,确保设备的运行,提升供电的安全性,最大限度的减少经济损失。