龐先海，冀立鵬，景 皓，馮建萍，李曉峰

(1.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021；2.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司邢臺(tái)供電分公司，河北 邢臺(tái) 054001；3.石家莊思凱電力建設(shè)有限公司供用電分公司，石家莊 050000)

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40.5 kV高壓開關(guān)柜絕緣故障原因分析及處理

龐先海1，冀立鵬2，景 皓1，馮建萍3，李曉峰1

(1.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021；2.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司邢臺(tái)供電分公司，河北 邢臺(tái) 054001；3.石家莊思凱電力建設(shè)有限公司供用電分公司，石家莊 050000)

對(duì)40.5 kV高壓開關(guān)柜絕緣故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，認(rèn)為故障率高的主要原因是空氣絕緣凈距不足、絕緣材料老化、復(fù)合絕緣配合不當(dāng)和絕緣材料質(zhì)量較差等絕緣缺陷，并對(duì)這些絕緣缺陷進(jìn)行深入分析，分別提出現(xiàn)場(chǎng)已運(yùn)行和新裝用40.5 kV高壓開關(guān)柜的處理措施。

高壓開關(guān)柜；絕緣故障；空氣絕緣凈距；絕緣材料老化

通過(guò)對(duì)部分網(wǎng)省電力公司調(diào)研，高壓開關(guān)柜裝用量70 802面，其中，40.5 kV高壓開關(guān)柜15 722面，占比22.1%；12 kV高壓開關(guān)柜55 080面，占比77.9%。近3年來(lái)，累計(jì)發(fā)生高壓開關(guān)柜故障170起，其中10 kV高壓開關(guān)柜故障116起，占比68.2%，故障率為0.211次/(百臺(tái)·年)；40.5 kV高壓開關(guān)柜發(fā)生故障54起，占比31.8%，故障率為0.343次/(百臺(tái)·年)。40.5 kV高壓開關(guān)柜的故障率為12 kV的1.63倍。

隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，40.5 kV高壓開關(guān)柜裝用數(shù)量大幅增加[1]。高壓開關(guān)柜性能質(zhì)量好壞直接關(guān)系著高壓開關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)，從而對(duì)電網(wǎng)安全生產(chǎn)和電力系統(tǒng)的可靠性產(chǎn)生重要影響[1]。近年來(lái)，40.5 kV高壓開關(guān)柜故障有增多趨勢(shì)，主要為柜內(nèi)絕緣缺陷導(dǎo)致，因此，分析40.5 kV高壓開關(guān)柜絕緣故障原因并提出合理措施顯得尤為必要。

1 高壓開關(guān)柜故障統(tǒng)計(jì)

40.5 kV高壓開關(guān)柜按其故障類型進(jìn)行分類，主要包括絕緣缺陷導(dǎo)致故障、元件缺陷導(dǎo)致故障和柜內(nèi)過(guò)熱缺陷導(dǎo)致故障3大類。其中絕緣缺陷導(dǎo)致故障41起，占比75.9%；元件質(zhì)量缺陷導(dǎo)致故障6起，占比11.1%；柜內(nèi)過(guò)熱缺陷導(dǎo)致故障4起，占比7.4%；其它原因?qū)е鹿收?起，占比5.6%?？梢?，絕緣缺陷是導(dǎo)致40.5 kV高壓開關(guān)柜故障的主要原因。

絕緣故障原因主要包括相間或相對(duì)地空氣絕緣凈距離不足、復(fù)合絕緣配合不當(dāng)、絕緣材料質(zhì)量較差、絕緣材料老化、運(yùn)行環(huán)境較差等絕緣缺陷，絕緣故障往往是多個(gè)絕緣缺陷共同作用的結(jié)果，每個(gè)絕緣缺陷在41起40.5 kV高壓開關(guān)柜絕緣故障中存在的情況，見表1。

表1 絕緣故障中各絕緣缺陷存在的情況

絕緣缺陷名稱絕緣缺陷出現(xiàn)的次數(shù)/次占故障總數(shù)的比例/%空氣絕緣凈距不足3790.2復(fù)合絕緣配合不當(dāng)921.9絕緣材料質(zhì)量較差819.5絕緣材料存在老化2663.4運(yùn)行環(huán)境較差512.2其它因素1024.4

由表1可以看出，90.2%的絕緣故障中存在空氣絕緣凈距離不足問(wèn)題，是40.5 kV高壓開關(guān)柜絕緣故障的主要原因；63.4%的絕緣故障中存在絕緣材料老化現(xiàn)象，是40.5 kV高壓開關(guān)柜絕緣故障的重要原因；復(fù)合絕緣配合不當(dāng)、絕緣材料材質(zhì)較差、運(yùn)行環(huán)境較差在絕緣故障中出現(xiàn)的次數(shù)較多，是40.5 kV高壓開關(guān)柜絕緣故障的原因之一。

2 典型絕緣缺陷分析

2.1 空氣絕緣凈距不足

造成高壓開關(guān)柜空氣絕緣凈距不足的主要原因是國(guó)網(wǎng)公司物資采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的40.5 kV高壓開關(guān)柜尺寸無(wú)法滿足帶電部位(相間、對(duì)地)最小安全凈距的要求。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》[2]對(duì)單純以空氣作為絕緣介質(zhì)的40.5 kV高壓開關(guān)柜，相間和相對(duì)地的最小空氣間隙應(yīng)不小于300 mm，帶電體至門不小于330 mm。目前，40.5 kV高壓開關(guān)柜采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)尺寸為2 800 mm×1 400 mm×2 600 mm和2 800 mm×1 200 mm×2 60 0mm(長(zhǎng)×寬×高)2種柜型，即使是1 400 mm寬度的柜型也滿足不了最小空氣間隙300 mm的要求。

針對(duì)最小空氣間隙小于300 mm的問(wèn)題，《國(guó)家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》(修訂版)[3]作了補(bǔ)充說(shuō)明。如采用熱縮套包裹導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，則該部位必須滿足空氣絕緣凈距離不小于300 mm要求；如高壓開關(guān)柜采用復(fù)合絕緣或固體絕緣封裝等可靠技術(shù)，可適當(dāng)降低其絕緣距離要求。因此，目前在運(yùn)的40.5 kV高壓開關(guān)柜大部分都通過(guò)加裝絕緣隔板、熱縮套包裹導(dǎo)體等措施提高設(shè)備絕緣水平。

現(xiàn)場(chǎng)檢查河北南網(wǎng)裝用量較大的10家制造廠生產(chǎn)的40.5 kV高壓開關(guān)柜，均在相間加裝了絕緣隔板，其中最小空氣間隙在271～280 mm的1家，在261～270 mm的6家，在250～260 mm的3家，均不滿足空氣絕緣凈距離不小于300 mm要求。如果空氣絕緣凈距離按照300 mm反推計(jì)算(4個(gè)空氣間隙)，母線排寬度按照120 mm計(jì)算(3條母線排)，柜體寬度將為1 560 mm，可見1 600 mm的高壓開關(guān)柜寬度將滿足空氣絕緣凈距離要求。

2.2 復(fù)合絕緣配合不當(dāng)

復(fù)合絕緣配合不當(dāng)?shù)母驹驗(yàn)橹圃鞆S未按要求加裝絕緣隔板，絕緣隔板與帶電體間純空氣間隙較小導(dǎo)致。高壓開關(guān)柜加裝絕緣隔板后，形成帶電體-空氣間隙-絕緣隔板-空氣間隙-接地體(帶電體)這種復(fù)合絕緣方式，這一方面降低了相對(duì)地或相間距離，減少了體積，提高了絕緣水平；另一方面也增大了設(shè)備絕緣問(wèn)題的復(fù)雜程度，增加了影響因素，提高了絕緣的不確定性。

根據(jù)要求帶電體與絕緣隔板之間的最小空氣間隙應(yīng)滿足不小于60 mm，現(xiàn)場(chǎng)檢查10家制造廠發(fā)現(xiàn)2家最小空氣間隙小于60 mm[3]。帶電體與絕緣隔板之間空氣間隙過(guò)小，絕緣隔板表面的灰塵、水分等環(huán)境因素影響帶電體處高電位場(chǎng)強(qiáng)分布，容易產(chǎn)生局部放電，同時(shí)絕緣隔板在高電場(chǎng)作用下加快老化速度。

2.3 絕緣材料材質(zhì)較差

2006年前高壓開關(guān)柜內(nèi)的絕緣材料曾采用過(guò)酚醛樹脂、聚氯乙烯及聚碳酸脂等，這類材料或容易吸潮、或本身容易帶靜電荷，在高壓開關(guān)柜內(nèi)發(fā)生過(guò)大量的絕緣燒損事故。近10年來(lái)高壓開關(guān)柜內(nèi)絕緣隔板主要為SMC絕緣材質(zhì)，該類絕緣材質(zhì)無(wú)論絕緣性能還是機(jī)械性能上都優(yōu)于環(huán)氧樹脂，但大量使用后，實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，也時(shí)有發(fā)生斷裂或表面擊穿故障。SMC絕緣材質(zhì)除應(yīng)用于電力行業(yè)外還可應(yīng)用于其它工業(yè)，價(jià)格差別很大，質(zhì)量參差不齊，絕緣和機(jī)械性能存在較大差異。優(yōu)質(zhì)的SMC絕緣材質(zhì)表面類似一層鏡面，具有表面平整光亮、無(wú)彎曲、一次成型、無(wú)尖角、憎水性強(qiáng)等特點(diǎn)。

2.4 絕緣材料存在老化

絕緣材料老化是造成高壓開關(guān)柜絕緣故障的重要原因，為解決40.5 kV高壓開關(guān)柜空氣絕緣凈距離不足的問(wèn)題，通常采用加裝絕緣隔板的方式提高絕緣強(qiáng)度，然而通過(guò)開展SMC絕緣隔板老化試驗(yàn)、憎水性試驗(yàn)和拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)即使采用優(yōu)質(zhì)的SMC絕緣隔板也存在老化的問(wèn)題。

3 處理措施

3.1 已運(yùn)行的40.5 kV高壓開關(guān)柜

a. 充分利用暫態(tài)地電壓、超聲波等局部放電檢測(cè)手段，加強(qiáng)高壓開關(guān)柜局部放電帶電檢測(cè)，對(duì)內(nèi)置老舊絕緣隔板的高壓開關(guān)柜增加帶電檢測(cè)次數(shù)。

b. 結(jié)合停電機(jī)會(huì)，開展高壓開關(guān)柜反措排查，將“高壓開關(guān)柜內(nèi)加裝絕緣隔板后的最小空氣絕緣凈距”和“帶電體與絕緣板之間的最小空氣間隙”作為排查條款，排查結(jié)果應(yīng)滿足反措要求。

c. 開展絕緣隔板抽查試驗(yàn)，對(duì)運(yùn)行5年以上的高壓開關(guān)柜內(nèi)絕緣隔板進(jìn)行抽查，檢查其憎水性和拉伸強(qiáng)度是否滿足要求。

d. 不滿足要求的絕緣隔板應(yīng)進(jìn)行更換，新的絕緣隔板必須具有凝露試驗(yàn)報(bào)告，并要求用優(yōu)質(zhì)絕緣材料一次性澆筑，無(wú)尖角。

3.2 新裝用的40.5 kV高壓開關(guān)柜

a. 為滿足空氣絕緣凈距要求，40.5 kV高壓開關(guān)柜柜寬由1 200 mm或1 400 mm提高至1 600 mm。交接驗(yàn)收時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行相間和相對(duì)地的最小空氣間隙應(yīng)不小于300 mm，帶電體至門不小于330 mm的要求。

b. 新裝用高壓開關(guān)柜內(nèi)禁止使用絕緣隔板、熱縮套加強(qiáng)絕緣，如果采用固封式加強(qiáng)絕緣措施，應(yīng)滿足絕緣隔板與帶電體間純空氣間隙要求。

c. 廠內(nèi)試驗(yàn)階段進(jìn)行絕緣件局部放電試驗(yàn)檢測(cè)，柜內(nèi)絕緣件應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)絕緣材料澆注，單個(gè)固體絕緣局部放電量應(yīng)不大于10 pC。

d. 新裝用高壓開關(guān)柜開展觸頭鍍銀層檢測(cè)，動(dòng)、靜觸頭接觸面鍍銀層厚度不小于8 μm，進(jìn)行導(dǎo)電回路電阻測(cè)試，測(cè)試值合格的方可投運(yùn)。

e. 嚴(yán)格落實(shí)配電室除濕措施，深入核算除濕機(jī)的除濕效果，配置合理的除濕設(shè)備。

4 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，40.5 kV高壓開關(guān)柜在運(yùn)行過(guò)程中受絕緣隔板性能老化、絕緣距離不足、環(huán)境潮濕等因素影響，絕緣故障率明顯較高；試驗(yàn)結(jié)果顯示優(yōu)質(zhì)的SMC絕緣隔板存在老化現(xiàn)象。建議新裝用的40.5 kV高壓開關(guān)柜柜寬提高至1 600 mm，同時(shí)禁止使用絕緣隔板、熱縮套加強(qiáng)絕緣；已運(yùn)行的40.5 kV開關(guān)柜開展絕緣隔板抽查試驗(yàn)，不滿足要求的應(yīng)進(jìn)行更換。

[1] 李建基．高壓開關(guān)設(shè)備實(shí)用技術(shù)[M]．北京： 中國(guó)電力出版社，2005．

[2] 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]．

[3] 國(guó)家電網(wǎng)生[2012]352號(hào)，國(guó)家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施(修訂版)[S]．

本文責(zé)任編輯：王洪娟

Causes Analysis on 40.5 kV High-voltage Switchgear Panel Insulation Fault and Measures

Pang Xianhai1,Ji Lipeng2,Jing Hao1,Feng Jianping3,Li Xiaofeng1

(1.State Grid Hebei Electric Power Research Institute，Shijiazhuang 050021,China;2. State Grid Hebei Electric Power Corporation Xingtai Power Supply Branch,Xingtai 054001,China;3.Shijiazhuang Sikai Electric Power Construction Co.,Ltd. Power Supply Branch,Shijiazhuang 050000,China)

The causes for the high of 40.5 kV high-voltage switchgear panel insulation fault rate is analyzed,and the main reasons are that the lack of air insulating distance, the aging of insulating material,the improper composite insulation co-ordination,the poor quality of insulating material and so on.This insulation fault is discussed,and the specific preventive measures of the new equipment and operating equipment for 40.5 kV high-voltage switchgear panel is proposed.

high-voltage switchgear panel;insulation fault;air insulating distance;aging of insulating material

2017-03-03

龐先海(1983-)，男，高級(jí)工程師，主要從事高壓開關(guān)設(shè)備試驗(yàn)及帶電檢測(cè)工作。

TM564

B

1001-9898(2017)03-0031-03