南京四方致捷開關有限公司湖州分公司 馬步青

10-35kV高壓開關柜絕緣的驗證及改進方法

南京四方致捷開關有限公司湖州分公司 馬步青

10-35kV高壓開關柜在電力系統(tǒng)及工礦企業(yè)供電中應用廣泛，其安全穩(wěn)定運行至關重要，關系到供電質量和供電安全，一旦高壓開關柜出現絕緣閃絡事故，影響供電的穩(wěn)定性，甚至造成嚴重的安全事故。因此有必要對10-35kV高壓開關柜進行絕緣驗證，并采取一定的技術措施加以改進，提升其絕緣水平，從而保證高壓開關柜運行的安全性和穩(wěn)定性，保證系統(tǒng)供電的安全、穩(wěn)定、可靠?；谝陨?，本文結合實例分析，簡要分析了10-35kV高壓開關柜絕緣的驗證及改進方法。

高壓開關柜；絕緣閃絡事故；絕緣水平

1 前言

高壓開關柜在電力系統(tǒng)及工礦企業(yè)中的應用十分廣泛，其安全運行關系到電網供電的可靠性，關系到電力生產的安全性。高壓開關柜因各種原因發(fā)生的絕緣閃絡事故屢見不鮮，尤其以10-35kV高壓開關柜為最，輕則造成大范圍用戶停電，重則導致變電所發(fā)生嚴重火災，因此對10-35kV高壓開關柜的絕緣驗證及技術改進是十分重要，也是十分必要。

2 開關柜及相關元部件的絕緣驗證

2.1 開關柜絕緣驗證

通過對當前幾種國產型號的10-35kV高壓開關柜在常溫、常濕及凝露條件下分別進行工頻耐壓試驗和沖擊耐壓試驗，發(fā)現開關柜主要存在以下絕緣薄弱環(huán)節(jié)及絕緣缺陷：第一，因為高壓開關柜設計及制造過程中的缺陷導致開關柜內導體之間及導體對地的空氣間隙較小，50%沖擊放電電壓不能達到額定沖擊耐受電壓需求。第二，高壓開關柜內采用了復合絕緣方式，由于配合不當降低了純空氣間隙，從而降低了絕緣水平，導致絕緣閃絡事故的發(fā)生。第三，一些高壓開關柜選用的絕緣部件，爬電比距設計達不到全工況絕緣驗證試驗的要求；采用的絕緣材料質量不良，性能不佳，如選用時只注意絕緣性能，而忽視了耐老化、耐候性、阻燃性等性能；導致在潮濕、污穢等嚴酷條件下，容易出現絕緣閃絡事故。

2.2 高壓開關柜元部件絕緣驗證

通過對高壓開關柜整體絕緣驗證試驗可知，在凝露條件下，開關柜內元部件絕緣水平較低是造成其絕緣水平下降的重要原因，為了驗證10-35kV高壓開關柜全工況下的絕緣水平，對柜內各種元部件分別進行絕緣驗證試驗是十分必要的。如凝露絕緣試驗和人工污穢耐受電壓試驗。在人工污穢耐受壓試驗中，采用固體層法，將等值鹽密設置為0.03毫克/平方厘米，與二級污穢水平相當。驗證試驗表明，在高壓開關柜內，支柱絕緣子、絕緣拉桿、電流互感器等元部件在工頻凝露耐受壓試驗下達不到標準，污閃電壓較低，未達到相關要求，分析原因，與外絕緣造型不合理及沿面爬距小有著密不可分的關系。

3 高壓開關柜絕緣驗證實例分析——以10kV高壓開關柜為例

暫態(tài)對地電壓法、超高頻法是高壓開關柜絕緣驗證的重要方法，但需要注意的是，變電站現場有著復雜的干擾源，開關柜絕緣驗證難度較大，結合采用暫態(tài)對地電壓法與超高頻法能夠取長補短，提升了高壓開關柜絕緣驗證的有效性。

3.1 暫態(tài)對地電壓法帶電測試初判局放2010年7月20日，深圳市供電局試驗研究所采用暫態(tài)對地電壓法對某變電站10kV高壓開關柜進行了絕緣驗證，以局部放電帶電測試為基礎，在對3號高壓室開關柜測試的過程中，發(fā)現疑似異常局部放電信號，此高壓室共有23面柜，呈兩排排列，根據測試結果可知，高壓開關柜的信號幅值比背景值大，說明信號來源為開關柜之內，且左排開關柜信號幅值比右排高，兩排開關柜信號幅值變化趨勢基本一致，其中左排開關柜中532BCT柜信號幅值明顯比其他開關柜高，且呈現出單邊衰減的特點，因此判斷異常局部放電信號來源與532BCT柜內部［3］。

3.2 超高頻法判斷局放源

2011年3月2日，深圳市供電局試驗研究所對某變電站10kV高壓開關柜進行絕緣驗證，采用局部放電帶電測試，由示波器波形顯示可知，放電相位在90°和180°峰值附近，屬于表面放電圖譜，兩個探頭的放電脈沖相位一致，可以確定放電源為同一個。

4 開關柜絕緣改進分析

以上述分析研究為基礎，對高壓開關柜絕緣進行改進，主要包括研制全工況型高壓開關柜元部件及高壓開關柜整機絕緣改進兩個方面：

4.1 全工況型高壓開關柜元部件的研制

以沿面絕緣技術為基礎，與相關廠家進行交流合作，針對10-35kV高壓開關柜，采用新型加強絕緣型元部件，主要包括互感器、絕緣連接件、支柱絕緣子、觸頭盒及絕緣套管等。在這些元部件中，對其結構及安裝尺寸進行改進優(yōu)化，使其絕緣爬距得到增加，其中電瓷沿面爬電比距不小于1.8cm/kV，有機絕緣沿面爬電比距不小于2.0cm/ kV，這就有效提升了這些元部件的絕緣性能。對這些元部件進行工頻、沖擊凝露試驗及污穢絕緣試驗，絕緣驗證試驗結果表明，這些元部件在潮濕凝露、高海拔及污穢等惡劣的環(huán)境條件下都能夠滿足絕緣要求。以10kV的KYN28開關柜采用新型4000A觸頭盒CHN3-12/250S為例，新型觸頭盒優(yōu)化了絕緣層厚度設計，外絕緣造型更加合理；靜觸頭與母排采用五顆螺栓固定連接，減小了接觸電阻，減小熱量生成；采用背部增加通風孔結構，便于散熱；觸頭盒爬電比距更大，有效提高了高壓開關柜在凝露、污垢等惡劣環(huán)境下的絕緣性能。

復合絕緣采用SMC絕緣板，SMC絕緣板是由不飽和聚酯玻璃纖維增強片狀模塑料經模壓成型，SMC材料及其SMC模壓制品，具有較高的機械強度、阻燃性、耐漏電性好，具有優(yōu)異的電絕緣性能、機械性能、熱穩(wěn)定性、耐化學防腐性性能，對于改善10-35kV高壓開關柜絕緣性能有著重要的作用。

4.2 高壓開關柜整機絕緣改進

就目前來看，國產的10-35kV高壓開關柜在設計、結構和絕緣部件選用等方面還存在缺陷或不足，從而導致高壓開關柜絕緣水平和絕緣性能不佳，因高壓開關柜絕緣問題導致的絕緣閃絡事故屢見不鮮。針對這個問題，采取如下改進措施：①采用絕緣母線，提升母線的絕緣性能，如在35kV的KYN61柜中采用全絕緣母線；②采用加強絕緣型元部件，提升元部件的絕緣性能，優(yōu)先選用新工藝、新材料、結構參數優(yōu)化的優(yōu)質絕緣部件；③采用合理的復合絕緣配合，10kV高壓開關柜帶電體與絕緣板之間的最小空氣間隙不小于30毫米，35kV高壓開關柜帶電體與絕緣板之間的最小空氣間隙不小于60毫米，保證高壓開關柜的絕緣性能；④對高壓開關柜內的相間和相對地最小空氣間隙進行嚴格控制，其中10kV高壓開關柜空氣間隙大于125毫米，35kV高壓開關柜空氣間隙大于300毫米，防止相間及相對地放電事故的發(fā)生；⑤采用母線封堵措施，對開關柜隔室之間及柜與柜之間的物理空間進行有效阻斷，防止事故范圍擴大。

經過上述改進之后，10-35kV高壓開關柜的絕緣水平大大提升，在常溫條件、常濕條件及凝露條件下，高壓開關柜都順利通過了工頻、沖擊耐受電壓實驗。

5 結論

綜上所述，10-35kV高壓開關柜運行的安全性和穩(wěn)定性關系到整個變電所供電的可靠性，因此有必要對高壓開關柜進行絕緣驗證，本文結合實例分析了高壓開關柜絕緣驗證結果，結合10-35kV高壓開關柜特點，針對性的提出了高壓開關柜的整機改進措施和元部件改進措施，旨在為相關研究和實踐提供參考。

［1］李端姣.10kV系統(tǒng)用移開式開關柜潛在缺陷的改進研究［J］.高壓電器，2013，02：110-115+119.

［2］王磊，趙現平，董俊，徐富良.2000m海拔35kV開關柜母排結構安全凈距試驗研究［J］.高壓電器，2013，04：66-70.

［3］葉廣耀.基于地電波檢測的高壓開關柜局部放電監(jiān)測系統(tǒng)［D］.華北電力大學，2013.

［4］王強.開關柜局部放電智能在線監(jiān)測系統(tǒng)研究及傳感器設計［D］.西華大學，2013.

［5］曾雄杰，江健武，侯俊. TEV和UHF在10kV開關柜帶電檢測中的應用［J］.高壓電器，2012，01：41-47.

馬步青（1967— ），男，浙江麗水人，大學本科，工程師。