高压开关柜运行情况和状态检测调研报告

提高开关柜运行可靠性的技术措施调研报告

江苏省电力公司电力科学研究院

近年来，江苏电网发生了多起开关柜故障引起的停电事件，如村前变35kV 开关柜、雩横变35kV开关柜、高皇变35kV开关柜爆炸、燃烧事故等，造成了重大的经济损失及不良的社会影响，由此引发了对提高开关柜运行可靠性的技术措施的广泛关注。

2012年，省电科院设备状态评价中心多次赴国内主要开关柜生产厂商、状态检测仪器生产厂商及相关运维单位开展了广泛调研，深入了解、分析了当前高压开关柜解开关柜设备设计、生产、及运维过程中存在的主要不足，并有针对性地提出了改进措施，为提升我省开关柜运行可靠性、保障电网安全提供了重要的技术支撑依据。

一、开关柜常见缺陷及整改措施

通过对扬州供电公司、泰州供电公司、帕威尔电气公司及浙江七一电器具公司调研发现，国内电网目前30.5kV开关柜缺陷主要集中在结构设计缺陷、加工工艺缺陷、装配工艺缺陷、选材错误等，分别针对以上问题提出整改措施。1.1 设计制造缺陷

（1）内部故障燃弧试验不满足反措要求

十八项反措要求开关柜各隔室均应通过相应的内燃弧试验，燃弧时间为0.5秒及以上内部故障电弧允许持续时间应不小于0.5秒，试验电流为额定短时耐受电流，对于额定短路开断电流31.5kA以上产品可按照31.5kA进行内部故障电弧试验。

目前江苏电网中仍大量运行着燃弧试验时间不满足新反措的要求，一旦发生击穿事故则会发生开关柜爆炸、火烧连云的现象。

（2）开关柜空气净距离不满足要求

十八项反措要求35kV开关柜外绝缘应满足以下条件：空气绝缘净距离≥300mm，如采用热缩套包裹导体结构，则该部位必须满足上述空气绝缘净距离要求。

目前35kV开关柜的宽度为1.3 m-1.4m，除掉三相母排的宽度，理论上的空气净距已经不满足≥300mm的要求。因此，制造厂商大量使用热缩套、绝缘隔板，如图1所示，这些复合绝缘材料存在较大的安全隐患。

图1 开关柜因间距过小而内大量使用的绝缘隔板和热缩套（3）触头盒、套管无屏蔽

部分开关柜断路器触头盒、套管未采用屏蔽结构设计，导致内部电场强度分布不均匀，易引发局部放电，长时间的放电导致绝缘材料电老化，最终导致击穿事故的发生，如下图所示。

（1）触头盒（2）套管

图1无屏蔽的触头盒及套管

改造措施：采用带屏蔽的触头盒及穿墙套管。加装屏蔽可有效消除电场集中问题，使电场分布均匀，延长触头盒、穿墙套管使用寿命。图3及图4所示分别为待屏蔽的触头盒及穿墙套管结构图。

图3改进型设计的带屏蔽触头盒

图3改进型设计的带屏蔽穿墙套管

（4）相间绝缘隔板设计缺陷

目前，35kV开关柜逐步实现小型化，由此造成柜内空气绝缘距离较小，为此，开关柜厂商增加了SMC绝缘隔板。但是设计加装隔板时却存在结构缺陷，如：

1)由于相间绝缘板设计太长，伸入到电缆室触头盒相间搭接处，从而加剧

了触头盒搭接处小缝隙之间的放电，如图10所示；

2)绝缘隔板与柜体连接处存在小缝隙，造成局部放电，如图10所示；

图绝缘隔板太长

图10 绝缘隔板与柜体连接处存在小缝隙

改造措施：针对上述问题，

1)裁剪不必要的绝缘隔板；

2)增大绝缘隔板与柜体间的连接缝隙，避免存在悬浮电位缺陷。

（5）除湿设计缺陷

某些开关柜内加热除湿装置设计存在缺陷，不能及时有效排除柜内潮气，容易形成凝露，造成击穿事故。

改造措施：加热装置的要求：加热和去湿功能分离，去湿采用多点低功率常投方式，大功率手动投切的方式（苏州建议大功率采用温湿度控制器控制其投切）。

（6）母排设计宽度过宽

开关柜内母排设计过宽，导致相间距过小。

改造措施：将100*10单排母线换成60*10*2双排母线。

（7）母排倒角不规范：

部分开关柜内母排倒角曲率半径过小，如图11所示，易形成极不均匀电场，造成尖端电晕放电，在各种环境因素的长期作用下，发生一系列的化学和物理变

化，导致电气性能劣化，铜排尖角和边缘处及触头盒内壁有明显的放电痕迹；

触头盒内壁、铜

排尖角处放电痕

图11 不规范倒角引起的放电

改造措施：对铜排进行按规范倒角处理, 铜排加工面进行镀银或搪锡处理。圆角处理后效果如图12所示。

铜排按规范进行倒圆角

图12 规范倒圆示意图

1.2装配工艺缺陷

（1）柜内部件与设计位置有偏移

由于安装工艺为管控到位，部分开关柜内部件与设计位置有偏移，如穿墙套管中母排搭接位置不妥，而且母排不居中，搭接位置的金属尖端紧挨套管内壁，如图15所示。

图15 穿墙套管中母排不居中

改造措施：

1)根据图纸，重新装配，并在完工后进行细致检查。

（2）柜内部件未紧固到位

部分开关柜内部件，如SMC绝缘隔板、各类紧固螺栓等，由此造成悬浮电极缺陷，进而产生放电，长期运行对设备运行状态造成重要影响。

改造措施：

1)使用力矩扳手，对各紧固螺栓进行紧固，并进行细致检查。

1.3选材错误

该类缺陷集中在复合绝缘材料的选型，主要是热缩套、绝缘隔板等。

（1）复合绝缘材料寿命较短

热缩套选型错误，其寿命较短，运行一段时间老化严重，导致局部放电，甚至发生击穿事故。

改造措施：更换所有开关柜内的热缩套管，采用美国瑞侃的热缩材料。

（2）复合绝缘表面憎水性较差

某些SMC绝缘板表面憎水性较差。当柜内潮气增大时，容易发生放电，导致绝缘隔板加速老化。

改造措施：

1)选用憎水性较强的绝缘材料；

2)表面涂抹憎水材料；

3)SMC绝缘板边缘采取防潮措施。

（3）部分SMC隔板阻燃性较差