35kV高压开关柜异常放电及解决措施

35kV高压开关柜异常放电及解决措施

许辉盛军陷兴

（国网山西省电力公司检修分公司山西太原030032）

摘要：主要针对35kV高压开关柜异常放电及解决措施展开了探讨，通过结合异常放电的发现查找过程，对异常放电原因作了系统的分析，并给出了一系列相应的措施进行解决，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。

关键词：高压开关柜；异常放电；电力系统；穿柜套管

高压开关柜是指用于电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等作用的设备，其在诸多电力系统中有着广泛应用。但是高压开关柜也存在着一定的风险故障，影响着正常的运作，需要我们采取有效措施进行防范和解决。基于此，本文就35kV高压开关柜异常放电及解决措施进行了探讨。

随着电力科技的日新月异，成套的开关电器逐渐变得更加小型化，高压化，并且逐步取代了敞开式的开关电器。开关柜则是一种集合了断路器、隔离开关、电流互感器、避雷器等功能在一个组合式金属柜中的金属封闭式组合电器。目前我国在35kV和10kV电压等级中，开关柜已经得到了越来越广泛的使用，其技术在近十几年中得到了长足的发展，但是设计、安装、维护、运行等各方面也随之而发现了各种问题。

本文主要针对菏泽供电公司220kV蔡庄变电站中的35kV高压开关柜在运行中所出现的问题进行研究，具体现象为断路器上触头盒套管和穿柜套管局部放电，套管绝缘材料均为浇注环氧树脂。本论文通过对产生放电的原因进行分析，找出合理的解决方法，对于预防该类事故的发生有着积极的意义。

1高压开关柜放电的原因

1.绝缘结构不合理。绝缘结构不合理是高压开关柜在运输和制造过程中经常出现的问题，最为常见的是绝缘结构中含有杂质、毛刺、气泡、污秽等。这些不合理的绝缘结构可导致高压开关柜绝缘体内部电场分布不均匀，绝缘薄弱的地方就容易出现局部放电现象。在局部放电初期，开关柜的绝缘结构一般不会出现贯通性击穿，但局部放电仍然可对绝缘介质造成局部破坏，如果局部放电现象得不到及时缓解并继续发展下去，就会造成电气绝缘性能骤降，引发电气设备绝缘结构贯通性击穿。

2.安装工艺不合理。在高压开关柜安装时，电流互感器外裙边和绝缘板之间留下的间隙，会给高压开关柜局部放电提供有利条件；电缆室热缩护罩的包封不规范、绝缘热缩套以及安装不规范，绝缘体和套盒边缘会产生悬浮电位放电。螺丝紧固不规则，螺杆在拧紧后长出螺母太多；热缩罩盒包封不严密，开口后容易产生放电现象；触角盒中互感器盒母排一次排列，曲率半径太小、倒角不规范，无法满足安全距离，大大提升了电晕放电的可能性；同时，高压室中的环境恶劣，绝缘材料容易产生物理变化和化学变化，会对电气性能产生不良影响。以上这些不合理安装工艺都可引起高压开关柜产生局部放电。

3.运行条件复杂。尽管高压开关柜内部配有加热器，但如果开关柜所处环境恶劣，降雨频繁，空气湿度大，开关长期暴露在潮湿环境中，时间长了内部的绝缘材料性能就会逐步老化，在开关柜绝缘体表面形成导电物质或产生腐蚀现象，增加污闪的可能性，从而容易引发绝缘事故。

2确定放电部位

将放电情况和测试结果汇报给调度，按调度命令对某一板停电并隔离，对该间隔断路器、CT、避雷器做高压试验，试验数据均合格，然后对某一板出线铜排做交流耐压试验，当电压升到30kV时，放电声非常大，同时发现在某一板出线穿柜套管内有电弧产生，因此确定放电部位在穿柜套管处；将出线铜排和穿柜套管拆掉，发现铜排窄面（铜排和套管接触部分）有铜绿，而且有损伤痕迹。

设备运行过程中，铜排插在套管圆筒里面，套管外侧则固定在高压开关柜柜顶金属外壳上，而金属外壳接地，这样保证了带高电压的铜排与地绝缘，其绝缘为电容分压式绝缘。该套管内腔与铜排接触部分为圆形，当铜排放在套管内时，铜排窄面与套管接触在一起。

3异常放电原因分析

本文异常放电产生发展过程主要分为三个阶段，分别是漆层老化击穿过程、铜绿产生及铜排损伤和空气间隙放电过程。

3.1漆层老化击穿过程

由图2可以看到，铜排外层涂有黑色漆层，以防铜排被腐蚀，铜排窄面与套管圆形内腔紧密接触在一起，绝缘漆层就位于高电压的铜排和套管之间，而套管绝缘介质主要为环氧树脂，绝缘部分就相当于漆层和环氧树脂的组合绝缘，那么与绝缘漆

相比，环氧树脂介电常数相对较大，因为绝缘系统在交变电场下，当介质损耗不太大时，介质电场分布与介电常数成反比，所以漆层承受的场强比套管大，而且其击穿场强较低，再加上自然环境（水、氧气等）的作用，绝缘漆慢慢老化击穿，最终将铜暴露在空气中。

3.2铜绿产生及铜排损伤过程

铜在空气中在水、氧气和二氧化碳作用下，通过化学反应生成碱式碳酸铜，即铜绿。铜绿属于离子化合物，其固体粉末不导电，铜绿位于高压铜排和套管之间，相当于在铜排和套管间加了一层绝缘，但铜绿的耐电强度要比环氧树脂低，正常运行时，其承受较高的场强，在强电场作用下，在该处产生局部放电，长期的局部放电作用产生的能量使铜排慢慢灼伤，并在自然环境作用下使其表面进一步被腐蚀，最终出现损伤。

3.3空气间隙放电过程

损伤的铜排与套管内腔不再紧密接触，而是存在1～3mm空气间隙，这种情况下相当于空气和环氧树脂的组合绝缘，空气的介电常数较低，因组合绝缘体介质承受场强与介电常数成反比，所以空气承受较高场强，而且空气击穿场强较低，因此此处空气间隙容易被击穿，产生强烈的局部放电。铜排腐蚀后其表面不再光滑平整，部分凸起位置场强比较集中，容易产生电晕放电，因此，可以听到比较大的放电声。

4故障分析及初步处理

4.1可能造成该现象的故障原因

4.1.1开关柜触头盒设计缺陷

220千伏蔡庄站35千伏开关柜为AMS-40.5中置式金属铠装封闭开关设备，即目前国内较多生产的固封体绝缘高压金属封闭开关设备，其高压带电部分的绝缘是由空气间隙和浇注环氧树脂组成的复合绝缘，在正常干燥净化条件下其耐压水平.与真正的固体绝缘高压金属封闭开关设备高压带电部分绝缘完全由浇注环氧树脂制品承担，并在浇注环氧树脂外表面喷涂金属层并接地不同，在高压相间和对地间由各空气间隙和各浇注环氧树脂绝缘层构成的复合绝缘中，空气间隙和浇注环氧树脂各绝缘层的电场强度取决于它们的电容分布。当空气间隙过小，或运行环境使空气间隙绝缘水平下降，将使空气间隙击穿，出现典型悬浮放电的局部放电现象。

4.1.2开关柜设计有缺陷

这种固封结构开关柜的局部放电起始电压Vc和绝缘击穿电压Vb与空气间隙长度的关系如下图。尽管在空气间隙长度足够且干燥净化条件下，其的击穿电压约为金属电极纯空气间隙的3倍。复合绝缘提高局部放电和电击穿电压的两个主要原因是：形成放电所需的初始电子不足（因为发生局部放电的区域是绝缘表面）和放电沿绝缘表面的发展受到电晕稳定效应的阻止。但当浇注环氧树脂绝缘表面由于环境湿度等因素，存在导电率较高的污秽层时，就破坏了复合绝缘提高局部放电和电击穿电压的两个要素。所以，局部放电起始电压Vc将随之大大下降。

5结束语

综上所述，高压开关柜作为电力系统中起保护作用的设备，其正常运作对电力系统的安全有着重要作用。因此，我们需要认真分析高压开关柜故障发生的原因，并及时发现异常放电现象，采取有效措施加以解决。只有这样，才能保证设备安全运行和可靠供电，挽回不必要的经济损失。

参考文献：

[1]贺欣荣.10kV配电网开关柜异常发热原因分析及对策[J].机电信息，2014（15）.

[2]陈海平.一起典型35kV开关柜复合绝缘击穿事故分析及整改措施[J].四川电力技术，2013（06）.