任士榮

（山鋼股份萊蕪分公司能源動力廠，山東濟南 271104）

引言

山東鋼鐵萊蕪分公司能源動力廠電氣車間管轄老區(qū)、銀前區(qū)域發(fā)配電系統(tǒng)，共有4 座35 kV 變電站，其中35 kV 開關(guān)柜38 面、6 kV/10 kV 開關(guān)柜104面，主要擔(dān)負(fù)著股份煉鐵生產(chǎn)線及老區(qū)、銀前區(qū)廠內(nèi)供電任務(wù)，轄區(qū)內(nèi)同時承擔(dān)著2 臺12 MW、3 臺25 MW 及6 臺TRT 發(fā)電機組并網(wǎng)任務(wù)，需要在生產(chǎn)過程中確保發(fā)配電系統(tǒng)安全運行，以維持熱電生產(chǎn)穩(wěn)定。

1 改造背景

近5 年來，該車間發(fā)生了8 起開關(guān)柜因電纜頭擊穿、絕緣子擊穿、斷路器真空度減低、穿柜套管斷裂、避雷器燒毀、過電壓保護器爆炸等絕緣故障引發(fā)的短路停電事故。

短路故障會造成如下后果：容易造成上級電網(wǎng)跳閘，擴大了事故影響范圍；在絕緣薄弱點釋放出巨大的沖擊波，對設(shè)備、人身安全都是巨大的安全隱患；巨大的短路電流容易燒毀電機、變壓器繞組，導(dǎo)致設(shè)備性能劣化，造成高額的維修成本；打破上下道工序的平衡，鍋爐風(fēng)機跳閘、給水中斷，鍋爐燃燒處于惡劣狀態(tài)，影響發(fā)電機運行；造成TRT 跳機，導(dǎo)致煤氣放散；造成高爐減風(fēng)，嚴(yán)重會導(dǎo)致高爐灌渣停機，進(jìn)而影響煉鋼、軋材等后續(xù)工序，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟損失。

2 開關(guān)柜絕緣下降原因分析

幾次開關(guān)真空室擊穿爆炸停電事故暴露出站內(nèi)35 kV 開關(guān)存在真空強度不夠的潛在安全隱患。電壓互感器多次在系統(tǒng)單相接地時出現(xiàn)爆炸事故。站內(nèi)35 kV 穿墻套管及開關(guān)柜內(nèi)所有配套元器件均存在老化，設(shè)備絕緣性能劣化問題，系統(tǒng)存在薄弱點。

2.1 設(shè)備制造質(zhì)量和工藝缺陷

高壓開關(guān)柜的裝配工藝和制造質(zhì)量將會極大地影響其整體性和耐壓性。1#35 kV 變電站所有35 kV 開關(guān)柜受空間限制，所有開關(guān)柜均是采用實地測量的非標(biāo)產(chǎn)品，母排在安裝時出現(xiàn)偏差或者在運行中振動位置偏移，母排和套管間的空氣間隙不能均勻分布，相應(yīng)的電場不均勻分布出現(xiàn)放電現(xiàn)象，隨著時間的推移，造成母排表面的熱縮套管絕緣層損壞；其次在支撐瓷柱處其緊固位置沒有經(jīng)過絕緣處理，不僅集中了電場局部場強，而且影響彼此的絕緣距離。

2.2 空氣絕緣間隙過小

空氣絕緣一般是指高壓開關(guān)柜內(nèi)帶電體之間的絕緣，也包括帶電體與大地之間的絕緣?！陡邏号潆娧b置設(shè)計技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5352-2018）中規(guī)定，35 kV空氣絕緣的最小間隙為300 mm，10 kV空氣絕緣的最小間隙為125 mm。由于空間限制和廠家節(jié)約成本的需要，并沒有嚴(yán)格地控制空氣絕緣的間距，有些不合格產(chǎn)品的絕緣間隙甚至低于100 mm；通過借助絕緣隔板增強絕緣性能，在一定程度上降低了相間或相對地短路事故發(fā)生頻率，不過絕緣隔板主要材料一般為環(huán)氧樹脂，極易受潮，再加上凈距較短，在凝露條件下，造成絕緣隔板的電阻迅速下降并放電，導(dǎo)致母排相間或相對地短路。

2.3 環(huán)境影響

周圍酸堿環(huán)境對絕緣材料的表面造成腐蝕，進(jìn)而影響高壓開關(guān)柜的絕緣性能；絕緣體長時間處于潮濕且灰塵比較大的場所，導(dǎo)致開關(guān)柜內(nèi)濕度較大，極易產(chǎn)生事故，尤其閃絡(luò)部位濕度達(dá)到83%時，故障機率增大。而絕緣材料采用的是環(huán)氧樹脂，雖其本身性能優(yōu)異承受能力強，但憎水性有較大的缺陷，極易引起絕緣電阻的阻值下降，當(dāng)泄漏電流增大到一定的程度時，就會發(fā)生高壓開關(guān)柜的污閃，進(jìn)而引發(fā)相應(yīng)安全事故。

2.4 斷路器動靜觸頭放電

高壓開關(guān)柜采用的是小車式斷路器，而斷路器動觸頭采用的梅花觸頭，當(dāng)動觸頭插入靜觸頭時，觸頭的外圓柱面與眾多觸指的內(nèi)圓弧面接觸不吻合，導(dǎo)致接觸面積過小，這與小車式斷路器多次操作拉出推進(jìn)或者小車式斷路器檢修后并未作觸頭位置細(xì)致調(diào)整有關(guān)。另一方面，發(fā)電機在并網(wǎng)瞬間，柜體和開關(guān)會產(chǎn)生位移變化，導(dǎo)致觸頭間的電阻增加產(chǎn)生電弧。綜合兩方面因素，均會導(dǎo)致觸頭之間接觸不良，接觸電阻明顯增加，造成放電而發(fā)生絕緣故障。

3 改造實施方案

主要從更換絕緣部件、改善環(huán)境、優(yōu)化布局、技術(shù)改造和維護管理等方面開展工作，提出了選用優(yōu)質(zhì)絕緣材料、帶電設(shè)備進(jìn)行合理布置、改善運行環(huán)境等具體改造方案。通過增加智能通風(fēng)除濕裝置和遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控裝置，應(yīng)用局部放電檢測技術(shù)，提升了高壓開關(guān)柜絕緣性能，確保了設(shè)備的安全穩(wěn)定。

3.1 提升絕緣部件性能

（1）35 kV 絕緣改造涉及多個開關(guān)柜和多種絕緣部件的更換，包括斷路器、穿柜套管、支持絕緣子、避雷器、電壓抽取絕緣子、觸頭盒、絕緣隔板、電壓互感器更換及主母線加裝熱縮套管等。

（2）將斷路器更換為投切電容斷路器，真空度更高，耐壓、滅弧能力更強大；將觸頭盒、套管、避雷器等更換成帶屏蔽結(jié)構(gòu)的防污絕緣件，有較強的隔電能力，不易漏電，減少絕緣子閃絡(luò)的機會。同時將硅脂涂敷在絕緣子和絕緣套管上，防止絕緣子表面潮濕。規(guī)范開關(guān)柜內(nèi)緊固螺栓，使用帶防雨帽螺母，均勻此部位電場強度分布。

（3）在穿柜套管、絕緣子內(nèi)部、斷路器靜觸頭母排處等易發(fā)生絕緣故障的位置噴涂防污閃涂料。絕緣性能良好的防污閃涂料，具有較好的阻燃和導(dǎo)熱性能，不會吸附灰塵；還可利用氟材料，表面張力較低，自潔性能較為優(yōu)異，憎水性、絕緣性、憎油性等性能都較好。借助這些防污閃涂料能較好地處理高壓開關(guān)柜的絕緣故障，提高其絕緣性能。

3.2 改善配電柜內(nèi)環(huán)境影響

環(huán)境濕度較高的開關(guān)柜內(nèi)添加除濕裝置，將開關(guān)柜內(nèi)的潮濕空氣，抽到抽濕器的凝露室，進(jìn)行氣、水分離，使柜內(nèi)的空氣流動，以達(dá)到開關(guān)柜內(nèi)部空氣干燥的效果。除濕裝置的工作模式可設(shè)置成全自動模式，當(dāng)相對濕度高于50%時，抽濕器自動投入工作；濕度低于40%時自動停止抽濕。

3.3 增加絕緣間隙

（1）針對高壓開關(guān)柜絕緣爬距和空氣間隙不夠的問題，選用增強型絕緣電流互感器代替普通電流互感器。增強型電流互感器整體尺寸較小，設(shè)備周圍保護裙邊的范圍較大，既加強了絕緣效果，又實現(xiàn)了對周圍接頭的保護。

（2）將原有的并列分支母排調(diào)整為間錯母排，加大母排與絕緣熱縮套和母線橋后柜的距離，增加了導(dǎo)體之間的電氣距離。

3.4 加強高壓開關(guān)柜在線監(jiān)測技術(shù)

高壓開關(guān)柜長期運行，電纜頭、觸頭及母排等連接處因老化或負(fù)載電流過大而出現(xiàn)溫升，最終可能導(dǎo)致突發(fā)斷電。因此，在高壓開關(guān)柜內(nèi)的動靜觸頭、電纜接頭處安裝溫度測控裝置，利用高壓開關(guān)柜絕緣故障的在線監(jiān)測，保證高壓開關(guān)柜的正常運行，提高電力系統(tǒng)的運行可靠性和自動化程度。

高壓開關(guān)柜中不僅電場作用會引起絕緣劣化，而且機械力和熱或者兩者與電場的共同作用，都會導(dǎo)致絕緣性故障。所以應(yīng)定期對高壓開關(guān)柜進(jìn)行超聲波檢測、局部放電紅外成像及高頻局部檢測，發(fā)現(xiàn)異常及時處理。

4 改造效果

通過對高壓開關(guān)柜整體更換絕緣部件、選用優(yōu)質(zhì)絕緣材料；對帶電設(shè)備進(jìn)行合理布置，改善運行環(huán)境；增加智能通風(fēng)除濕裝置和遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控裝置；利用局部放電檢測等技術(shù)的應(yīng)用，提升了高壓開關(guān)柜絕緣性能，確保了設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。

絕緣加強改造一年來沒有因站內(nèi)設(shè)備問題發(fā)生停電事故，改造后溫度在線監(jiān)測正常，多次對開關(guān)柜進(jìn)行超聲、紅外監(jiān)測，檢測結(jié)果均正常，設(shè)備運行良好。高壓開關(guān)柜絕緣改造后，提高了轄區(qū)內(nèi)設(shè)備運行可靠性，為實現(xiàn)電力的穩(wěn)定供應(yīng)，保證上下道工序順利銜接做出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。