王晉強(qiáng)

（山西陽(yáng)城陽(yáng)泰集團(tuán)白溝煤業(yè)有限公司，山西晉城 048100）

0 引言

伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，極大地促進(jìn)我國(guó)電力行業(yè)的繁榮，在當(dāng)前的電力項(xiàng)目中，10 kV高壓開(kāi)關(guān)柜以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)得到廣泛應(yīng)用，顯示出其他開(kāi)關(guān)柜所不具有的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)運(yùn)用10 kV高壓開(kāi)關(guān)柜，能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供有效保障，同時(shí)一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，10 kV高壓開(kāi)關(guān)柜能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同設(shè)備間相互連接的中斷，從而為電力設(shè)施設(shè)備及人員安全提供有效保障[1]。

1 10 kV高壓開(kāi)關(guān)柜種類及特征

目前，電力行業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)10 kV高壓開(kāi)關(guān)柜的廣泛應(yīng)用，形成種類繁多、區(qū)別明顯的多種開(kāi)關(guān)柜并存的局面。根據(jù)開(kāi)關(guān)柜形式的不同，可以將10 kV高壓開(kāi)關(guān)柜分為手車中置式開(kāi)關(guān)柜、負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜、手車落地式開(kāi)關(guān)柜、固定式開(kāi)關(guān)柜及箱式開(kāi)關(guān)柜幾種，其特征分別如下所示：

（1）箱式開(kāi)關(guān)柜

對(duì)于戶外用電場(chǎng)所，較常用到的開(kāi)關(guān)柜形式主要為箱式開(kāi)關(guān)柜，該類開(kāi)關(guān)柜受體積及散熱性能的限制，對(duì)于一些負(fù)荷較大的供電系統(tǒng)不能很好地滿足供電系統(tǒng)的需求，故而對(duì)于一些負(fù)荷較小的供電系統(tǒng)常選用箱式開(kāi)關(guān)柜。

（2）固定式開(kāi)關(guān)柜

對(duì)于一些變電站或廠礦企業(yè)，常選用固定式開(kāi)關(guān)柜，該類開(kāi)關(guān)柜的特點(diǎn)在于具有較大的內(nèi)置空間，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各類電氣元件的靈活擺放，但同時(shí)該類開(kāi)關(guān)柜具有封閉性和防護(hù)性較差的特點(diǎn)，故障發(fā)生概率較高，因而已經(jīng)逐步遭到廢棄[2]。

（3）手車落地式開(kāi)關(guān)柜

要選用手車落地式開(kāi)關(guān)柜必須配套高強(qiáng)度的箱底，這一開(kāi)關(guān)柜因其先進(jìn)的技術(shù)已逐步占據(jù)一定的市場(chǎng)。

（4）負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜

對(duì)負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行細(xì)分，還可以分為SF6負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜和HXGN負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜兩種，其中SF6負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜具有更高的防護(hù)等級(jí)和維護(hù)的便利性，故而在新建配電室中已得到廣泛應(yīng)用。

（5）手車中置式開(kāi)關(guān)柜

在10 kV開(kāi)關(guān)柜中，手車中置式開(kāi)關(guān)柜是應(yīng)用最為廣泛的一種，具有其他開(kāi)關(guān)柜所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的發(fā)展前景[3]。

2 10 kV開(kāi)關(guān)柜電暈現(xiàn)象及原理分析

（1）電暈現(xiàn)象分析

電暈又稱電暈放電，表現(xiàn)為帶電體在高壓環(huán)境下產(chǎn)生電離從而向周圍空氣釋放游離電的放電現(xiàn)象。在正常氣壓和強(qiáng)度下，當(dāng)高壓帶電體的電壓持續(xù)上升直到電壓臨界值，或者當(dāng)高壓帶電體具備電暈電場(chǎng)的強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)提高空氣中原有離子的動(dòng)能并促使其持續(xù)上升，直到某一固定臨界值，進(jìn)而對(duì)其他不帶電分子產(chǎn)生撞擊作用，并將其離子化，導(dǎo)致空氣發(fā)生部分導(dǎo)電。此時(shí)，高壓帶電體四周呈現(xiàn)出藍(lán)色輝光放電現(xiàn)象，也就是所謂的電暈現(xiàn)象。當(dāng)電極曲率半徑偏小且電極四周場(chǎng)強(qiáng)偏高時(shí)，也往往導(dǎo)致電暈現(xiàn)象的出現(xiàn)[4]。

（2）10 kV高壓開(kāi)關(guān)柜電暈產(chǎn)生的機(jī)理

就單純氣體而言，因其導(dǎo)電性能不佳而被認(rèn)為是良好而絕緣體，然而隨著氣體間隙外施電壓的不斷提升就會(huì)導(dǎo)致電流的迅速增加，使得氣體具備導(dǎo)電性能，導(dǎo)致其絕緣性能的破壞，最終導(dǎo)致自持放電現(xiàn)象的發(fā)生?？梢詫?dǎo)致10kV高壓開(kāi)關(guān)柜產(chǎn)生電暈的原因總結(jié)為如下兩點(diǎn)：一是空氣間隙存在于開(kāi)關(guān)柜中，二是電場(chǎng)強(qiáng)度高于空氣間隙的外施電壓。同時(shí)，空氣隙在10 kV開(kāi)關(guān)柜的電極及絕緣材料內(nèi)部是客觀存在的，所以當(dāng)空氣隙受電壓應(yīng)力作用較大時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)擊穿氣體的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致電暈的出現(xiàn)。絕緣體最早受到10 kV高壓開(kāi)關(guān)柜局部放電的燒蝕，并隨著燒蝕的持續(xù)而產(chǎn)生腐蝕絕緣表面的臭氧和酸，通過(guò)燒蝕和腐蝕的雙重作用使得絕緣表面變得粗糙，并進(jìn)一步向絕緣體內(nèi)部滲透，盡管損壞不是即刻產(chǎn)生的，但隨著燒蝕的持續(xù)會(huì)產(chǎn)生向四周傳播的力量，使得通路呈現(xiàn)枝狀生產(chǎn)，最終使得絕緣體具備導(dǎo)電性。這主要是由于枝狀通路的內(nèi)壁被碳化所致的。對(duì)于10 kV開(kāi)關(guān)柜的電暈現(xiàn)象，具體變現(xiàn)為內(nèi)部電場(chǎng)的不均勻性。就10 kV開(kāi)關(guān)柜而言，相比較于其他放電形式，電暈現(xiàn)象的主要特征在于其電流強(qiáng)度是由電極外其他空間的電導(dǎo)控制的，受到氣體密度、性質(zhì)、外加電壓及電極形狀等因素的影響。對(duì)開(kāi)關(guān)柜不同時(shí)期的電壓進(jìn)行明確區(qū)分，其中將電暈產(chǎn)生時(shí)的電壓命名為起始電壓，此時(shí)電壓要比擊穿電壓較低，且受電場(chǎng)均勻程度的影響，二者的差值隨著電場(chǎng)均勻程度的提升而逐漸減小。開(kāi)關(guān)柜元件性能受電暈現(xiàn)象的影響和破壞，對(duì)10 kV開(kāi)關(guān)柜的整體性能產(chǎn)生負(fù)面影響，埋下安全隱患[5]。

（3）10 kV高壓開(kāi)關(guān)柜電暈危害分析

在10 KV高壓開(kāi)關(guān)柜故障中，電暈故障是較為普遍的一種，其危害集中體現(xiàn)為：（一）受局部場(chǎng)強(qiáng)驅(qū)動(dòng)，部分電極和尖極的電子和離子會(huì)出現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，并在不斷運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)與氣體分子能力的交換，產(chǎn)生電風(fēng)。當(dāng)缺乏足夠的剛性對(duì)電極進(jìn)行固定時(shí)，受氣體反作用的影響，電風(fēng)就會(huì)導(dǎo)致電暈極發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)現(xiàn)象；（二）電暈的放電作用往往會(huì)導(dǎo)致高次諧波和高頻脈沖電流的產(chǎn)生，對(duì)無(wú)線電通訊產(chǎn)生干擾；（三）電暈的產(chǎn)生還可能引起空氣的化學(xué)反應(yīng)，釋放臭氧、氮氧化物等，其中，臭氧具有強(qiáng)氧化性，氮氧化物又具有強(qiáng)腐蝕性，均會(huì)對(duì)氣體中的金屬電極隊(duì)及固體介質(zhì)產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕和損傷[6]。

3 10 kV高壓開(kāi)關(guān)柜電暈處理辦法

環(huán)境濕度是導(dǎo)致高壓開(kāi)關(guān)柜產(chǎn)生電暈現(xiàn)在的關(guān)鍵原因所在，尤其在近海地區(qū)，往往因空氣鹽份含量過(guò)高而對(duì)開(kāi)關(guān)柜斷路器的絕緣性產(chǎn)生影響，并在電場(chǎng)的長(zhǎng)期作用下導(dǎo)致電暈現(xiàn)象的產(chǎn)生，而這種電暈現(xiàn)象又因規(guī)模較小而不能輕易被發(fā)現(xiàn)，在長(zhǎng)期的作用下對(duì)極柱的環(huán)氧表面產(chǎn)生燒灼等損毀，導(dǎo)致硅微粉殘留在極柱的局部地方，對(duì)極柱的絕緣性造成進(jìn)一步損毀，使得電暈現(xiàn)象更為嚴(yán)重。因此，一旦發(fā)現(xiàn)10kV高壓開(kāi)關(guān)柜出現(xiàn)電暈現(xiàn)象，需要及時(shí)采取停電檢修的措施，同時(shí)逐個(gè)清潔開(kāi)關(guān)柜中銅排表面、電流互感器、斷路器等元件中存在的污垢和銹蝕，最后對(duì)斷路器進(jìn)行檢驗(yàn)，確保檢驗(yàn)無(wú)誤后再重新啟用[7]。盡管受電暈影響所產(chǎn)生的氮氧化物和臭氧不會(huì)在短期內(nèi)對(duì)斷路器的絕緣性產(chǎn)生明顯的損害，但在長(zhǎng)時(shí)間作用下，也會(huì)逐步腐蝕斷路器中的金屬材質(zhì)，進(jìn)而加快絕緣材料老化的速度，進(jìn)一步導(dǎo)致電暈現(xiàn)象的加重。所以當(dāng)10kV高壓開(kāi)關(guān)柜產(chǎn)生電暈現(xiàn)象時(shí)，需要綜合考慮開(kāi)關(guān)柜所處環(huán)境的溫度及濕度，同時(shí)對(duì)柜內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行合理控制，才能從根本上環(huán)節(jié)并消除開(kāi)關(guān)柜的電暈現(xiàn)象，具體可按如下辦法進(jìn)行處理：首先，對(duì)10kV高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的溫度及濕度環(huán)境進(jìn)行調(diào)整，尤其對(duì)于近海地區(qū)空氣鹽分含量偏高的情況，要盡可能降低開(kāi)關(guān)柜斷路器絕緣材料受鹽分水汽的腐蝕，檢修人員在對(duì)10 kV高壓開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行檢修時(shí)，要尤其注重對(duì)一二次進(jìn)線口封堵情況的檢查，同時(shí)還要及時(shí)檢查開(kāi)關(guān)柜的通風(fēng)系統(tǒng)。對(duì)于空氣濕度較大的地區(qū)，要注重對(duì)除濕設(shè)備的設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境濕度的有效改善。其次，要有效改善開(kāi)關(guān)柜中的電場(chǎng)分布情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)柜內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度的有效降低。因此，在設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)柜及其斷路器和互感器時(shí)，倒角圓滑的銅排往往是彼此間相互連接銅排的最好選擇。同時(shí)還可以對(duì)開(kāi)關(guān)柜與斷路器之間的銅排進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。此外，為有效緩解和消除電暈，還可以對(duì)絕緣層采取具備增厚措施，涂抹防污閃涂料也是一種不錯(cuò)的選擇[8]。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，一旦10 kV高壓開(kāi)關(guān)柜產(chǎn)生電暈，整個(gè)電力系統(tǒng)的性能都會(huì)受到嚴(yán)重影響，不僅會(huì)增加電力工程成本開(kāi)支，而且易對(duì)作業(yè)人員的安全造成威脅。基于此，為有效降低開(kāi)關(guān)柜產(chǎn)生電暈現(xiàn)象的危害，重點(diǎn)對(duì)10 kV高壓開(kāi)關(guān)柜產(chǎn)生電暈現(xiàn)象的原理及特征進(jìn)行深入研究分析，并提出針對(duì)性處理措施，以期能有效降低高壓開(kāi)關(guān)柜電暈問(wèn)題發(fā)生概率，更好的維護(hù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。