(華能海南發(fā)電股份有限公司，海南 ?？?570105)

0 引 言

35 kV高壓開關(guān)柜是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，其運行狀態(tài)對電力系統(tǒng)的可靠性有著重大影響。對某220 kV變電站2012年7月發(fā)生的一起35 kV高壓開關(guān)柜復(fù)合絕緣缺陷導(dǎo)致的事故進行分析，并提出相關(guān)整改措施，為預(yù)防類似事故再次發(fā)生起到一定的作用。

1 開關(guān)柜絕緣擊穿事故過程

1.1 事故經(jīng)過

事故發(fā)生前，天氣陰，變電站1、2號主變壓器高、中壓側(cè)并列運行，35 kV側(cè)分列運行。事故發(fā)生時變電站無操作。2012年7月19日14時35分， 2號主變壓器35 kV側(cè)發(fā)生A、B相間短路，20 ms后發(fā)展成三相短路，在故障822 ms后主變壓器低后備復(fù)壓過流Ⅰ段Ⅰ時限動作跳35 kV分段310斷路器(事故前310斷路器處于熱備用狀態(tài))，1 122 ms后2號主變壓器低后備復(fù)壓過流Ⅰ段Ⅱ時限動作跳主變壓器低壓側(cè)312斷路器，切除3122隔離開關(guān)處的短路故障，故障1 183 ms后主變壓器差動保護動作，跳開2號主變壓器高壓側(cè)212斷路器、中壓側(cè)112斷路器和低壓側(cè)312斷路器，1 293 ms后主變壓器重瓦斯保護動作，跳212、112和312斷路器。事故造成35 kV 312開關(guān)柜損壞和2號主變壓器停運，未造成負(fù)荷損失。

1.2 現(xiàn)場檢查情況

對事故現(xiàn)場進行勘察發(fā)現(xiàn)事故點位于35 kV開關(guān)室 312開關(guān)柜3122隔離開關(guān)靜觸頭接線板處。進入312開關(guān)柜內(nèi)詳細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)，3122隔離開關(guān)靜觸頭附近的連接銅排、絕緣隔板、支柱絕緣子、部分二次接線受損。連接銅排燒出缺口，絕緣隔板表面燒損碳化嚴(yán)重，支柱絕緣子瓷裙炸裂損壞，開關(guān)柜內(nèi)部分二次接線燒損,312斷路器和電流互感器檢查未發(fā)現(xiàn)異常。

2 故障點的查找和故障過程的分析

2.1 故障點查找和確定

首先，對故障錄波圖進行分析，排除了保護誤動的可能，并將低壓側(cè)電流錄波起始部分放大(見圖1)，可看出在一個周波(20 ms)內(nèi)A、B相電流大小相同方向相反，可確定低壓側(cè)A、B相發(fā)生了相間短路，一個周波后發(fā)展成了對稱的三相短路。

然后，重點對低壓側(cè)進行了排查。打開312開關(guān)柜后，綜合現(xiàn)場情況確定了故障點為35 kV開關(guān)室 312開關(guān)柜3122隔離開關(guān)靜觸頭接線板處。

圖1 低壓側(cè)電流錄波圖

2.2 故障發(fā)展過程的分析

該故障開關(guān)柜型號為XGN17-40.5，為國內(nèi)一家專業(yè)開關(guān)柜生產(chǎn)廠家,其本次事故開關(guān)柜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 35 kV 側(cè)312 斷路器柜結(jié)構(gòu)示意圖

圖2中，1為主母線室；2為上隔離開關(guān)； 3為儀表室；4為電流互感器；5為斷路器室；6為真空斷路器；7為手操機構(gòu)； 8為電纜室；9為下隔離開關(guān)；10為擋板(SMC)； 11為穿墻套管。

從事故現(xiàn)場情況看，開關(guān)柜內(nèi)部燒損較為嚴(yán)重之處在圖中A 絕緣板上部母線貫穿位置，母線貫穿部位絕緣板板面熏黑，絕緣板絕緣性能基本喪失，事故中上隔離開關(guān)損壞，其余柜內(nèi)312斷路器和電流互感器事后檢查未發(fā)現(xiàn)異常。

由錄波圖可知A、B相首先發(fā)生相間短路，通過現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)3122隔離開關(guān)靜觸頭接線板處燒熔和A、B相間絕緣板表面沿面放電碳化痕跡，可知，A、B相間短路的起始放電通道為絕緣隔板沿面擊穿部位。

A、B相擊穿短路到三相短路的發(fā)展過程如下所述：絕緣隔板和絕緣熱縮套表面在吸塵和受潮的情況下絕緣強度下降，電場作用下形成A相連接板裸露處-A相開孔處氣隙-沿絕緣隔板表面-B相開孔處氣隙-B相連接板裸露處的放電通道，導(dǎo)致A、B相擊穿短路，迅速導(dǎo)致B、C相之間絕緣降低，形成三相短路，為一起典型的復(fù)合絕緣(小空氣間隙和固體絕緣材料的表面)引起的設(shè)備事故。

3 故障原因分析

3.1 開關(guān)柜設(shè)計缺陷

圖3為絕緣隔板正視圖，故障部位內(nèi)部絕緣由以下幾部分組成。

1)支柱絕緣子，長度400 mm，爬電距離960 mm；2)導(dǎo)電母排的周圍柜體的空氣間隔，最小處330 mm；3)導(dǎo)電母排間的空氣間隔， 360 mm；4)導(dǎo)電母排間的絕緣隔板的沿面間隔，352 mm。

圖3 絕緣隔板正視圖

XGN17 型產(chǎn)品出廠前，全部經(jīng)過95 kV/1 min 的工頻耐壓試驗(含極間和對地耐壓試驗)，滿足DL/T 404-2007 中第5.103.3非金屬隔板和活門的相關(guān)條款的試驗要求；本次事故開關(guān)柜相間最小空氣間距達到360 mm，對地實測大于330 mm，帶電體至門實測大于330 mm，滿足DL/T 404-2007中第5.106 對最小空氣間隙的要求[1]。

本案中XGN17 型開關(guān)柜是采用空氣絕緣方式設(shè)計，柜體結(jié)構(gòu)中的A 處絕緣板是因檢修安全而設(shè)置，參照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)條款發(fā)現(xiàn)此處是絕緣最薄弱的地方，其有兩點不滿足要求：1)導(dǎo)流銅排穿過絕緣隔板的孔洞與絕緣擋板間的空氣間隙極小，靠近放電通道一側(cè)僅為2 mm， DL/T 404-2007《3.6 kV～40.5 kV交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》要求不小于60 mm[1]；2)絕緣隔板相間絕緣所需的沿面爬電距離為352 mm，DL/T 593-1996標(biāo)準(zhǔn)要求不小于770 mm[2]。

3.2 綜合原因分析

通過以上分析認(rèn)為，該公司生產(chǎn)的XGN17-40.5 產(chǎn)品僅A處的絕緣隔板不滿足規(guī)程規(guī)定，盡管存在設(shè)計隱患，但仍通過了出廠試驗和現(xiàn)場驗收試驗，為什么A 處絕緣板在運行3年后形成沿絕緣板表面擊穿的現(xiàn)象，可從以下方面分析。

1)A 處絕緣板的布置與三相母線相垂直，雖然不增加相間絕緣的絕緣介質(zhì)，但在特定條件下，如高海拔、表面積塵、空氣濕度過大、凝露等影響下，可能會導(dǎo)致絕緣板表面絕緣性能的下降，相當(dāng)于降低了相間或相對地的空氣絕緣距離。

2)當(dāng)出現(xiàn)上述特定的情況時，絕緣板可等效為一個接近于地電位或高阻接地的狀態(tài)，此時，相間電壓會全部施加于導(dǎo)電體與絕緣板間很小的空氣間隙，導(dǎo)致場強相對集中，可能引發(fā)局部放電，長期對周圍的設(shè)備元件電離腐蝕，尤其是長期對有機絕緣件表面產(chǎn)生電暈，使絕緣件老化、絕緣性能迅速下降，積累到一定程度使絕緣件擊穿，發(fā)生閃絡(luò)。

綜上所述， 由于XGN17型產(chǎn)品絕緣隔板結(jié)構(gòu)設(shè)計不完善，特定條件下的長期運行中因表面凝露、積污和局部放電，使開關(guān)柜局部絕緣性能下降，最終絕緣擊穿導(dǎo)致本次事故的發(fā)生。

4 整改措施

1)排查開關(guān)柜內(nèi)部導(dǎo)體穿過絕緣隔板的情況，參照DL/T 404-2007《3.6 kV～40.5 kV交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》關(guān)于相間組合絕緣的要求(10 kV設(shè)備應(yīng)不小于30 mm，40.5 kV設(shè)備應(yīng)不小于60 mm)，對絕緣隔板開孔尺寸進行整改。

2)加強開關(guān)柜的運行維護，定期對開關(guān)室通風(fēng)及除濕設(shè)備進行檢查，特別是在雨季和霉雨氣象情況下對室內(nèi)設(shè)備除濕效果的監(jiān)測和檢查，確保開關(guān)室的通風(fēng)及除濕設(shè)備運行正常。

3)目前執(zhí)行的《基建工程項目驗收作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》對開關(guān)柜內(nèi)穿孔部分的復(fù)合絕緣空氣間隙無具體的驗收要求，僅以通過絕緣試驗為驗收依據(jù)，在驗收中未能發(fā)現(xiàn)廠家的設(shè)計隱患，建議在《基建工程項目驗收作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》增加對開關(guān)柜內(nèi)復(fù)合絕緣空氣間隙的驗收要求。

5 結(jié)束語

通過對這起典型的35 kV開關(guān)柜復(fù)合絕緣事故原因的分析，可認(rèn)識到：XGN17 型開關(guān)柜的設(shè)計仍需廠家繼續(xù)完善并提高產(chǎn)品質(zhì)量；運行單位在驗收環(huán)節(jié)有必要增加對開關(guān)柜內(nèi)復(fù)合絕緣空氣間隙的要求；運行單位加強管理與維護工作，做好整改措施，避免再次發(fā)生同樣的事故。

[1] DL/T 404-2007,3.6 kV～40.5 kV交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備[S].

[2] DL/T 593-1996,高壓開關(guān)設(shè)備的共用訂貨技術(shù)導(dǎo)則[S].