0 引言

高压开关柜广泛应用于变电站、发电厂、采矿及炼矿等企业, 其可靠运行对电力可靠供应至关重要。目前, 虽然开关柜制造厂和电力设备维护单位会对高压开关柜进行绝缘处理, 但处理方式不一、处理效果参差不齐^[1-4]。为保证高压开关柜的安全运行, 现场需要对开关柜进行绝缘化改造^[5-13]。国家电网公司出台的电网重大反事故措施中, 特别提出了高压开关柜的处理指导意见^[14]。近年来, 全国各地均陆续发生过高压开关柜内短路、电晕放电、电弧放电、不明闪络等故障, 这类故障如果得不到及时处理, 最终很可能会因设备绝缘丧失介电性能而造成严重事故, 威胁电力系统的安全稳定运行^[15]。

1 高压开关柜常见绝缘故障 1.1 短路

因蛇、老鼠等小动物通过电缆槽沟的孔洞进入开关柜内, 在开关柜内的母排或母线形成搭接, 造成相间或单相对地短路故障, 导致开关柜跳闸停电, 影响电网的安全运行。

1.2 绝缘件受潮及表面脏污

开关柜内含有许多由环氧树脂制成的绝缘件(如穿柜套管、互感器、支柱绝缘子等), 由于设备本身没有完全密封, 防潮防污能力较差, 并且环氧树脂材料容易吸水, 多雨天气空气湿度大时, 绝缘件表面受潮后, 在电场作用下加速浸入绝缘件内部, 导致绝缘件的绝缘电阻大大降低, 表面泄漏电流增大, 引发电晕或电弧放电^[16-18], 如图 1所示绝缘件相间放电现象。

1.3 电气安全距离小

通过对开关柜的绝缘维护案例进行统计, 发现开关柜普遍存在相间距偏小问题。以KYN61系列35 kV开关柜为例, 经测量开关柜三相动触头之间的距离为250 mm, 三相引线之间的最大距离为295 mm, 相与相之间, 相与地之间空气净距小, 不符合《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》中规定的室内配电净距至少300 mm的要求^[18]。

1.4 高压设备对绝缘挡板放电

为缩小开关柜体积、降低生产成本, 开关柜制造厂家一般会在相与相之间增设一层环氧树脂或SMC绝缘挡板, 以改变电场分布状态, 提高相间绝缘程度, 但并没有从本质上改善开关柜的绝缘结构。开关柜内潮气较重, 导致柜内容易积灰受潮, 加上环氧树脂或SMC绝缘挡板容易吸潮, 在工频电压的长期作用下, 更容易引发放电现象, 进而加速其周边绝缘材料的劣化; 绝缘劣化又会进一步造成其周围电场分布发生畸变, 经恶性循环逐步形成导电通道, 最终导致事故的发生^[19-23]。

1.5 断路器触头放电

断路器动、静触头放电主要是因动、静触头接触不良引起的, 触头磨损、位移、腐蚀、生锈或动触头插入不够深, 不良接触严重影响触头的导电性, 因接触电阻过大引发触头发热, 甚至引起开关柜燃烧, 引发爆炸^[24]。图 2为手车触头盒表面放电现象。

1.6 母排对套管放电

老旧开关柜使用的套管未设计屏蔽措施, 母排与穿柜套管之间存在间隙, 套管与母排不是等电位, 开关柜运行一段时间后, 由于套管(环氧树脂)吸收水汽, 绝缘性能降低, 就会在小缝隙处产生局部放电(如图 3), 严重影响电网安全运行。

1.7 安装施工工艺不良

开关柜内元器件的布置不合理和安装工艺不符合规范要求也是引起开关柜发生事故的1个重要因素, 主要表现在以下几个方面:

(1) 柜内母线和元器件的制作虽经过倒角处理, 但存在棱角、毛刺, 容易形成极不均匀电场, 从而引起尖端放电;

(2) 母排连接处螺栓过长;

(3) 固定绝缘挡板的绝缘杆安装不规范, 距离母排太近, 引起放电。

2 开关柜绝缘问题处理措施 2.1 清除开关柜污秽物

开关柜污秽物主要包括绝缘件表面的灰尘水汽、母排母线表面的灰尘和铜绿、开关柜柜体表面灰尘油污等, 首先用砂纸打磨导体的棱角、毛刺, 然后用RS-10表面处理剂将柜内污秽物清除, 最后用干净的表面处理剂再次进行彻底清除。

2.2 母排绝缘化处理

早期开关柜内的母排都是以热缩套管进行绝缘处理, 运行一段时间后会出现老化开裂问题。柜内的异型件由于不能做到很好的绝缘处理, 放电往往发生在这些异型件处, 且热缩套管没有憎水性, 在潮湿环境下容易发生沿面放电和爬电问题。国外一些开关柜制造厂家尝试在工厂内采用流化床喷涂阻燃绝缘粉末^[25], 但该法不适用于已安装的开关柜。根据多年的施工经验, 在表面处理剂去除母排表面的污秽物后, 可将50 mm×0.5 mm (宽度×厚度)硅橡胶自粘胶带缠绕在裸露的母排上(如图 4), 进行母排绝缘化处理, 该方法具有施工方便快捷的优点。建议10 kV及以下电压等级的开关柜裸露母排缠绕2层胶带, 35 kV开关柜裸露母排缠绕5~6层胶带。

2.3 间隙封堵

在母排穿入中置式触头盒、穿柜套管手车静触头处分支母排端部与触头盒内壁之间均存在间隙, 开关柜运行一段时间后, 这些地方很容易产生放电情况。采用RS-45有机硅封堵胶封堵间隙, 可有效解决间隙间放电的问题(如图 5所示)。

2.4 手车绝缘件处理

对手车的绝缘件采用SRTV防污闪涂料刷涂, 静触头绝缘盒表面采用刷涂SRTV防污闪涂料和RS-45有机硅封堵胶处理(见图 6), 防止绝缘表面受潮, 形成水膜放电。

2.5 开关柜电缆室处理

开关柜内的潮气大部分是由电缆室进入柜内的, 因此对电缆室的封堵处理十分重要。采用RS-45有机硅封堵胶处理电缆进出线, 具有很好的密封效果(如图 7所示)。有机硅封堵胶具有不固化、不开裂的特点, 弥补了防火泥的不足。

2.6 开关柜整体防潮处理

为保证开关柜整体绝缘及防潮效果, 最后对开关柜内部用透明SRTV防污闪涂料进行整体喷涂, 包括开关柜内所有绝缘件、绝缘挡板、自粘胶带包覆的母排母线及开关柜内壁等, 以免因部分区域空间狭小或边角处绝缘处理不到位, 对开关柜的安全运行造成不利影响。

3 结语

开关柜的可靠性对电网的安全稳定运行起着非常重要的作用。从运行经验看, 绝缘问题引发的开关柜事故所占比例较高, 造成的后果也较严重^[25-27]。按照上述绝缘方案处理过的开关柜, 实际运行效果表明, 设备运行稳定, 再未发生类似的绝缘故障, 可供其他存在类似问题的企业参考。