摘要:35 kV高压开关柜广泛应用于变电站，其可靠的工作有着至关重要的意义。本文对一起35千伏开关柜绝缘件击穿故障进行分析研究。
关键词:开关柜;绝缘;措施
35 kV开关柜由于占地面积小，性能稳定，易于维护管理等优点，在变电站运行中得到了广泛的应用。开关柜的绝缘性能是决定开关柜安全稳定运行的重要因素，在实际运行中由于受诸多不确定因素影响，开关柜的绝缘性能很难得到有效监控，也导致35 kV开关柜绝缘出现了很多问题，甚至造成35 kV开关柜设备的损毁。
一、35 kV高压开关柜绝缘事故发生可能性因素
1.绝缘件老化受潮。受35 kV高压开关柜运行环境的影响，35 kV高压开关柜内的绝缘件包括环氧树脂互感器、绝缘套管以及避雷器等装置，容易受到外力、水汽、温度等影响，加速绝缘件的老化变质，造成绝缘件绝缘性能降低，在正常运行电压下，很容易产生爬电现象，最终引发绝缘事故的发生。
2.操作过电压或谐振过电压。真空断路器是35 kV高压开关柜设备内部起到开断作用的重要组件，断路器在分合空载变压器时产生的操作过电压或谐振过电压容易造成绝缘件绝缘击穿，导致35 kV高压开关柜绝缘事故的发生。
3.错误操作。35 kV高压开关柜设备运行原理较复杂，内部组件较多，加强安全隐患的防范非常重要。因此，要求操作人员必须具备良好的设备操作技能。操作人员如不按操作规程操作，打乱操作流程，或是错误操作，都可能引起高压开关柜短路，造成绝缘事故的发生。
4.SF6气体泄漏。随着高压开关柜应用范围的扩大，为适应更加复杂的运行环境，要求高压开关设备在尺寸上设计要更为紧凑，体积更小，同时必须满足绝缘性能要求，SF6气体绝缘金属封闭开关柜则满足了以上要求。SF6气体绝缘强度为空气的2．5～3．0倍，灭弧能力为空气的100倍，因此普遍应用于高压电气设备。
5.SF6气体不纯净。35 kV高压开关柜气室在SF6气体充入前期，金属气室柜内必须保持干燥清洁，否则会降低SF6气体的绝缘性能，引起气室内电弧故障的产生，SF6气体在电弧作用下发生分解，并与水汽及杂质发生化学反应，生成有毒物质，进而腐蚀柜内导体及绝缘部件，同时也会引起开关柜气室压力剧增，严重时会造成开关柜爆炸。
6.线路运行状态异常。线路的正常运行是保障35 kV高压开关柜安全运行的基本条件，在运行中，若出现线路运行异常，如单相线路接地，非故障两相电压将升高，可能引起绝缘的薄弱环节被击穿，引发35 kV高压开关柜绝缘事故的发生。
二、案例分析
220kVxx变35kVII段母线C相接地，检查发现主变35kV过渡柜垂直安装的穿柜套管C相存在开裂情况，更换三相穿柜套管后恢复正常。35千伏金属封闭铠装式开关柜，出厂日期为2013年3月，投运日期为2013年12月25日。
1.故障概括。穿柜套管C相存在明显裂痕(附图)，C相绝缘接地故障导致主变侧跳闸。
2.产品的介绍。套管使用海拔高度1000mm内，产品爬电距离859mm,爬电比距21.1mm/kV高压与接地屏蔽网之间的环氧厚度34.5mm,短时工频耐受电压95kV/1min,雷电冲击耐受电压185kV局部放电量＜3PC，抗弯强度＞10000N，高压屏蔽网通过屏蔽线和带电母排连接，低压接地屏蔽网通过导线和套管安装嵌件相连，产品各项设计符合技术要求。
3.根据故障套管的表面开裂和黑色的电弧痕迹，判断是套管高压屏蔽网对接地屏蔽网绝缘击穿，局部温度升高，压力增大，内应力增大，致使套管开裂。
4.解剖产品故障点分析情况：高压屏蔽网对低压接地网绝缘击穿，局部温度升高，压力增大，内应力增大，致使套管开裂，故障点有明显的击穿通道痕迹，通道的直径约有4～5mm与正常击穿通道有明显差异，将故障点击穿通道进行清理有明显的分断面且非常圆滑，应该是有其他物质夹杂在此位置。
5.故障产品玻璃化温度测试情况：故障点附近物质玻璃化温度测试为93.5℃（标准要求90～100℃图1），显示物质为环氧树脂和固化剂材料；故障击穿通道点物质玻璃化温度测试无玻璃态到高弹态显示曲线（图2），显示物质为非环氧树脂和固化剂材料，可判定此处为击穿点。
6.对击穿通道内的物质进行检测情况：（1）将物质置于电子显微镜观察平面结构面为晶体面，可判定物质为矿物质。（2）将击穿通道内的物质置于马弗炉中（图1）进行800℃1小时灼烧冷却后采用酒精进行清洗检查，残留物为白色的二氧化硅粉（图2）。产品检测情况结论：故障产品玻璃化温度测试为93.5℃（标准要求90～100℃）并且采用先进电脑监控自动化混料系统，可排除混料和注料成型异常导致。根据解剖开击穿通道直径4～5mm且光滑圆润形状，通道内的物质为硬质物通过马弗炉灼烧后残留物为二氧化硅，此位置应该是已固化残料进入产品高压屏蔽网和低压接地屏蔽网之间，根据此判断这是生产操作员工清理模具时，未将模具注料口残料清理干净就注料（图1），导致残料进入模具内并且恰好在两个屏蔽网之间，因残料表面光滑和产品结合不完全存在轻微的气隙，长达6年时间运行后出现放电并伴随高温产生残料劣化最终导致击穿故障出现。
三、提高35 kV开关柜绝缘性能的技术措施
为了保证开关柜运行安全稳定，就需要多方面采取有效的技术措施，提高开关柜绝缘安全裕度，确保其开关柜安全稳定、节能经济的高效稳定运行。
1.改善安装质量。由于该批次开关柜结构已无法改变，通过分析开关柜放电痕迹，发现母线与穿柜套管之间大部分存在轻微放电，而且母线与穿柜套管间隙不均匀，穿柜套管没有等电位线与母线相连，电位不等造成空气间隙击穿放电。但是穿柜套管和母线上位置狭小，无法安装等电位线，最终选择在套管和母线之间填充绝缘胶带材料，改变空气间隙，处理完后运行正常，未见异常放电;在设备选型时，要特别注意开关柜的技术参数满足GB 3906及DL/T593中的最小空气绝缘距离和爬电比距的相关技术标准，确保具有较好的绝缘性能指标的设备在电网中运行;建议对外绝缘进行凝露条件下的耐压试验，是检验开关柜绝缘能力的有力措施。
2.改善开关柜的驱潮能力。为了改善主母线室的潮湿状况，在满足最小电气空气间隙位置应加装加热器，并且在开关柜的底部与顶部分别设置进风口及排风口，使柜外空气进入开关柜加热后，通过设置在开关柜顶部的排风口排出柜外，有效消除柜内凝露，也有利于柜内散热。
3．更换性能好的绝缘部件。更换同类型开关柜中的绝缘部件，特别是穿柜套管必须要采用具有优良阻燃性、憎水性的新型配方的环氧树脂材料并加屏蔽均压设计的绝缘件，同时在进行开关柜竣工验收时，必须要检查柜内绝缘部件的厂家资料和试验合格证，必要时可以采取抽检的方式，对开关柜的主要绝缘部件进行验收。使用固封极柱断路器手车更换原来绝缘筒形式的手车，提高手车的绝缘保证能力，改善环境适应性。
4.保证良好的运行环境。及时检查柜内的加热装置，确保加热装置正常工作;封堵孔洞，严防潮气进入柜内。高压室的通风窗和抽风机加装网栅或滤网，降低进入高压室的尘埃，净化通风;明确高压室的空调、抽湿装置运行依据;加强设备运行维护，做到逢停必扫，强化运行维护，保证绝缘状态良好，确保设备安全稳定运行。
35 kV开关柜在运行中的故障时有发生，为了控制设备故障的发生，我们需要对设备加强管理。目前防止开关柜由于绝缘降低发生故障的有效手段是对开关柜进行带电局放测试，当发现开关柜发生异常放电时，必须尽快找到原因并及时处理。
参考文献:
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［2］秦敏.高压开关设备的共用订货技术导则［S］．2017
论文作者:胡华杰 林钧 张贵中
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第09期
论文发表时间:2019/9/10
标签：开关柜论文; 高压论文; 套管论文; 故障论文; 柜内论文; 母线论文; 屏蔽论文; 《当代电力文化》2019年第09期论文;