陳一明，謝佳益

(遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110179)

1 交流耐壓試驗

開關(guān)類設備出廠前和投運前都需要進行交流耐壓試驗。交流耐壓試驗的施加電壓是高于設備的額定運行電壓一定倍數(shù)的工頻高壓，更加符合設備的實際運行情況，能夠有效發(fā)現(xiàn)設備的絕緣弱點、集中性缺陷，還可考核鑒定設備的絕緣水平。

1.1 試驗標準

開關(guān)類設備的交流耐壓試驗不同于變壓器等線圈類設備，具體依據(jù)有國家電網(wǎng)有限公司《物資采購標準》、GB 1984—2014《高壓交流斷路器》、GB/T 3906—2020《3.6 kV～40.5 kV交流金屬封閉開關(guān)設備和控制設備》、DL/T 402《高壓交流斷路器》、DL/T 404《3.6 kV～40.5 kV交流金屬封閉開關(guān)設備和控制設備》、DL/T 593《高壓開關(guān)設備和控制設備標準的共用技術(shù)要求》等。

開關(guān)類設備的交流耐壓試驗要求對地、相間1 min工頻耐受電壓42 kV，斷口 1 min工頻耐受電壓48 kV，被試回路無擊穿或閃絡現(xiàn)象發(fā)生[1]。

1.2 試驗方法

對于10 kV電壓等級的高壓開關(guān)設備，應考核相對地、相間和斷口間的交流耐壓情況，如表1的試驗條件施加試驗電壓。

表1 相對地、相間和斷口間的交流耐壓試驗的試驗條件

高壓開關(guān)設備的斷路器手車搖到試驗位置時，會在柜內(nèi)形成隔離斷口，應對隔離斷口考核耐壓能力，按表2的試驗條件施加電壓。

表2 隔離斷口考核耐壓能力的試驗條件

試驗時，施加試驗電壓持續(xù)60 s，電壓不出現(xiàn)突然下降判定試驗合格。

2 案例分析

2.1 案例1

a.故障設備情況

KYN28A-12型戶內(nèi)金屬鎧裝移動開式開關(guān)設備如圖1所示。其額定電壓為12 kV，該開關(guān)設備為目前國內(nèi)比較常見的一種高壓開關(guān)柜，主要應用于發(fā)電廠、變電站等，實現(xiàn)系統(tǒng)送電、配電等過程的控制、保護、檢測等功能，其工頻耐受電壓等級：相對地42 kV、斷口48 kV。

圖1 KYN28A-12型戶內(nèi)金屬鎧裝移動開式開關(guān)設備

b.故障描述

在抽檢試驗過程中，某高壓開關(guān)設備在開展交流耐壓試驗時，相-地耐壓試驗項目不合格。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，當施加電壓達到26 kV時，發(fā)生了放電擊穿。

c.故障排查

在試驗過程中試驗人員發(fā)現(xiàn)，設備擊穿時的電壓明顯低于標準要求試驗電壓，并且試驗過程中有明顯放電“噼啪”擊穿聲響?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，該設備A相下母排接地開關(guān)的接地觸刀與靜觸頭空氣絕緣凈距離較近，如圖2所示。接地開關(guān)機械結(jié)構(gòu)異常，三相接地觸刀不同步，無法達到同步分閘，如圖3所示。

圖2 接地開關(guān)與下母排位置情況

圖3 接地開關(guān)與下母排位置情況

為了驗證以上判斷，試驗人員進行了排查分析。首先將斷路器小車搖出，使其到達試驗位，單獨對設備上母排進行試驗，A、B、C三相均未發(fā)現(xiàn)異常。

將斷路器小車搖入，使其到達工作位，斷路器分閘，單獨對三相分別進行試驗，也未見異常，該操作是為了排除活門拉板等機械結(jié)構(gòu)對本試驗的影響。

將斷路器合閘，先分別進行B、C兩相試驗，發(fā)現(xiàn)B、C相無異常，再次進行A相試驗，仍出現(xiàn)試驗擊穿現(xiàn)象，可判定出現(xiàn)擊穿位置為A相下母排與接地觸刀，通過實際測量絕緣距離，發(fā)現(xiàn)靜觸頭與接地觸刀的空氣絕緣凈距離僅為75 mm。

根據(jù)文獻[2]規(guī)定：空氣絕緣凈距離≥125 mm。通過故障排查可以確認發(fā)生放電擊穿的直接原因是由于柜體本身的空氣絕緣凈距離不達標。

d.故障原因分析

經(jīng)過故障排查，發(fā)現(xiàn)接地開關(guān)機械機構(gòu)異常，拐臂與柜體有明顯接觸變形，如圖2、圖3所示。

e.接地開關(guān)的主要作用、結(jié)構(gòu)及其機械結(jié)構(gòu)

該高壓開關(guān)柜內(nèi)的接地開關(guān)主要是用于設備在檢修過程中的安全保護，防止在檢修設備過程中誤送電。檢修工作開展時，必須將接地開關(guān)接地，保證檢修人員的人身安全，接地開關(guān)必須保證分合閘操作正常，所以接地開關(guān)的機械結(jié)構(gòu)運行順暢是保障現(xiàn)場安全的基本要求。發(fā)生故障的接地開關(guān)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 發(fā)生故障的接地開關(guān)結(jié)構(gòu)

接地開關(guān)的主要結(jié)構(gòu)為接地開關(guān)支架、接地觸刀、靜觸頭、傳動器、軸、拐臂、彈簧、導電套管、軟連接、絕緣子/帶電顯示器。

經(jīng)研究分析，該設備接地開關(guān)拐臂裝反，當旋轉(zhuǎn)操作手柄使接地開關(guān)合閘時，操作手柄帶動旋桿作為力矩使主軸克服阻力矩，同時帶動拐臂沿著合閘方向進行旋動，此時拐臂已經(jīng)發(fā)生機械變形，但仍能使接地開關(guān)上的操作桿通過壓簧的死點使彈簧釋放能量，從而帶動接地開關(guān)快速合閘。此時并沒有機械卡頓現(xiàn)象，操作正常，說明裝反的拐臂并不影響接地開關(guān)合閘操作，在合閘位時，接地開關(guān)的蝶形彈簧和靜觸頭的凸緣部位可靠、牢固接觸。但當分閘操作時，同樣操作手柄使主軸克服主力矩和彈簧力，帶動拐臂沿分閘方向轉(zhuǎn)動，但操作過程中拐臂與柜體接觸卡死，使接地開關(guān)壓簧不能通過壓簧死點，壓簧的儲能不能完成，接地開關(guān)不能完成完整的分閘操作，導致絕緣距離不足，造成放電擊穿。

2.2 案例2

a.故障設備情況

KYN28A-12型高壓開關(guān)柜如圖5所示。該設備額定電壓12 kV，其工頻耐受電壓等級：相對地42 kV、斷口48 kV。

圖5 KYN28A-12型高壓開關(guān)柜

b.故障描述

試驗人員在進行高壓開關(guān)柜交流耐壓試驗過程中發(fā)現(xiàn)，該高壓開關(guān)柜A相和B相斷口耐壓試驗均合格，C相斷口耐壓試驗發(fā)生放電擊穿，相對地的工頻耐壓試驗也出現(xiàn)放電擊穿現(xiàn)象。

c.故障排查

試驗人員檢查了高壓開關(guān)柜的柜體，該設備外觀整潔無臟污，可以排除由于柜體臟污或受潮等引起的絕緣不良[3]。

試驗人員將斷路器手車從高壓開關(guān)柜內(nèi)拉出，使高壓開關(guān)柜斷路器室形成隔離斷口，再次對沒有安裝斷路器手車的高壓開關(guān)柜進行工頻耐壓試驗，試驗結(jié)果合格，說明柜體不存在質(zhì)量問題。

試驗人員對斷路器單獨進行交流耐壓試驗，試驗結(jié)果合格，說明斷路器不存在質(zhì)量問題。

根據(jù)以上排查，可以確定該高壓開關(guān)柜的故障位置在C相上母排與斷路器C相觸頭之間。再次將斷路器手車搖到工作位，通過柜體側(cè)面的圓孔，可以看到活門拉板呈傾斜狀態(tài)。試驗人員再將斷路器手車拉出后仔細檢查斷路器室，手動操作活門拉板上下分合時會出現(xiàn)卡頓情況，同時發(fā)現(xiàn)活門拉板左右不平衡，滑道已經(jīng)明顯損壞，如圖6所示。

圖6 高壓開關(guān)柜活門拉板滑道損壞

根據(jù)文獻[2]規(guī)定：帶電體空氣絕緣凈距離≥125 mm。該高壓開關(guān)柜的活門拉板裝備工藝不夠精良，滑道損壞后間接縮短了空氣絕緣凈距離，導致工頻耐壓試驗不合格。

d．故障原因分析

活門機構(gòu)是高壓開關(guān)柜重要的機械部件，對開關(guān)柜的安全性能起到關(guān)鍵作用。本案例中的故障開關(guān)柜活門機構(gòu)滑道損壞，機械結(jié)構(gòu)異常，無法正常上下移動。在斷路器手車由試驗位切換到工作位的過程中出現(xiàn)卡頓，活門拉板卡斜，間接縮短了空氣絕緣凈距離，導致斷路器手車中的靜觸臂對活門放電，造成上述試驗中的絕緣故障。為了驗證這一判斷，試驗人員進行以下排查分析：試驗人員將該滑道修復，然后再次進行工頻耐壓試驗，試驗合格。

綜上所述，本案例中的高壓開關(guān)柜不合格的原因是活門滑道損壞，導致斷路器的靜觸頭與活門機構(gòu)的絕緣距離縮短，耐壓試驗不合格。

e.活門機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和作用

活門機構(gòu)的主要作用是將開關(guān)柜的動觸頭和靜觸頭隔離開。當斷路器處于試驗位時遮住固定觸頭，防止由于上端帶電造成人身觸及高壓帶電體發(fā)生觸電傷亡，屬于五防聯(lián)鎖范疇。當斷路器手車從試驗位置移動到工作位置時，活門開啟；當斷路器手車從工作位置移動到試驗位置時，活門關(guān)閉。活門機構(gòu)中的活門蓋板有金屬材料，也有非金屬(復合絕緣)材料。活門結(jié)構(gòu)如圖7所示。

(a)活門位置

(b)活門部件圖7 高壓開關(guān)柜活門結(jié)構(gòu)

3 結(jié)論

配電物資抽檢工作開展以來，發(fā)現(xiàn)了大量不合格產(chǎn)品。開關(guān)設備絕緣不良問題尤為嚴重。其中，高壓開關(guān)柜絕緣試驗不合格比例較高。

通過本文中2個案例可知，開關(guān)設備機械結(jié)構(gòu)故障是造成絕緣試驗不合格的重要因素。近年來，開關(guān)設備的尺寸不斷減小，使部分設備廠商一味追求柜體尺寸的大小，而忽略了設備性能的提高，造成很多設備出現(xiàn)質(zhì)量問題[4]。如活門機構(gòu)設計余量不足，縮短了其上下移動的距離，造成斷路器手車推進過程中與活門拉板擠壓形成機械卡頓，無法動作[5]；又如設備廠商為了減小柜體尺寸，將斷路器的動、靜觸頭、活門拉板、地刀和下母排之間的絕緣距離大幅減小，但沒有采取措施保證絕緣性能，導致了柜內(nèi)配件之間的絕緣強度不夠[6]。

通過對不合格設備的分析，歸納總結(jié)出造成設備不合格的幾種因素。

a.如果高壓開關(guān)柜柜體的爬距和空氣間隙設計上存在余量不足的情況[7]，會導致手車柜、接地觸刀等空氣絕緣凈距離不達標[8]。設備廠商應嚴格執(zhí)行相關(guān)絕緣標準，嚴格控制活門機構(gòu)對靜觸頭的空氣絕緣凈距離，滿足文獻[1]的要求。

b.鍍銀觸頭接觸點容量不足或接觸不良會影響柜體絕緣性能。當接觸點容量不足或接觸不良時，柜體在長期運行后，由于局部溫度過高，絕緣性能下降，容易出現(xiàn)閃絡或擊穿等現(xiàn)象。

c.裝配工藝會嚴重影響配件本身質(zhì)量，造成檢測試驗不合格。設備出廠前應反復測試斷路器手車的滑輪以及軌道是否運行良好，避免出現(xiàn)斷路器手車在推進或搖出過程中出現(xiàn)左右不平衡造成活門兩側(cè)不統(tǒng)一或者偏斜卡頓等情況。拐臂、連桿等機械部件應按照圖紙正確裝配，避免裝配失誤造成絕緣故障[9]。

d.設備廠家要嚴格控制活門機構(gòu)材料的選用和零部件配置，避免出現(xiàn)由于斷路器手車反復操作造成機械部件變形損壞等[10]情況。

e.設備廠家要提高設備的裝配工藝水平。如柜體在組裝時，有些設備組裝絕緣件的扭矩過大，導致絕緣件在搬運以及運輸過程中出現(xiàn)裂痕，影響試驗結(jié)果。

f.建議設備廠家在出廠前進行一次整柜的局放試驗。局放試驗能有效發(fā)現(xiàn)設備在裝配過程中存在的問題。

綜上總結(jié)和建議，可為設備廠家提高設備質(zhì)量提供一定參考依據(jù)。