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高压开关柜绝缘事故原因和绝缘性能的优化措施

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一、前言
  开关柜发生绝缘事故的主要原因是绝缘性能低、空气间隙小,室内潮湿、凝露等环境条件恶劣引起。近年来,随着电网改造力度的加大,电网设备质量有所提高,绝缘事故有所降低。但目前我市的县级电网大部分的开关设备还很陈旧,绝缘等级差,存在很大的安全隐患。现笔者开始对高压开关的绝缘事故原因及绝缘性能的优化措施进行一些粗浅地探讨。
二、高压开关柜绝缘事故原因分析
  高压开关柜是使用极广、数量最多的开关设备。在诸多性质的开关柜事故中,绝缘事故多发生于10kV及以上电压等级,造成的后果也很严重,而且往往1台开关柜出事故,殃及邻柜的现象更为突出。高压开关柜绝缘事故原因分析主要有以下几方面。
  1 爬距及空气间隙不够。爬距及空气间隙不够是开关柜发生绝缘损坏事故的根本原因。特别是手车柜,为缩短柜体尺寸,生产单位往往大幅度地减小装于柜内的断路器,隔离插头相间距离或对地距离,未采取有效的保证绝缘强度的措施。
  2 制造质量差。工艺不良。制造质量及装配质量对开关柜整体耐压水平有很大的影响。如开关柜内的有些元件可以通过耐压试验,但开关柜整体却通不过,原因是装配质量差。如紧周螺丝不规则,拧紧后螺杆长出螺母过多:有的支持瓷柱紧固底板成“丁”字型,在支持瓷柱处作特殊处理,这样不仅缩短了绝缘距离,而且造成电场局部集中。另外支持瓷柱质量差,稳定性能差,在短路电流冲击下发生断裂,造成事故扩大。
  3 接点容量不足或接触不良,发热导致开关柜起火。当接点容量不足或接触不良时,该处局部温度升高,严重时烧断该处载流部,引起对地或相间闪弧,造成绝缘闪络。
  4 环境条件的影响。开关柜运行的环境条件差是导致开关柜发生绝缘闪络的主要原因,例如当大气污染不断加剧,就会逐渐污染电力设备的绝缘子、套管及母线。分析多年来污闪事故,总结出发生污闪的原因主要有二:第一是污秽和潮湿两个因素同时存在于绝缘子的表面,灰尘附在绝缘子表面,在干燥的时候绝缘电阻仍然很高,所以在干燥气候下不发生污闪。清洁的水电阻也很高,如果绝缘子不脏污,它虽然受潮了,但绝缘强度仍很高,这时也不发生污闪。一般情况下,干旱气候持续的时间较长,绝缘子及母线积污多了。这时又突然下雾,而下雾的时间较长(一般2~3h)。污秽被雾水充分地潮湿,此时产生污闪的可能性较大。第二是绝缘子串的泄漏距离偏小,不能适应污秽和潮湿韵环境。污闪是在绝缘电阻下降、泄漏电流增大到一定程度时才发生的。在同样的污染受潮和同样的电压下,如果绝缘子的泄漏距离较长,泄漏电流增长就比较快,泄漏距离越长,电弧的弧径就越长,闪络就难以发生。如果绝缘子的泄漏距离小,放电容易跨接两端电极,从而发生闪络。
  5 雷击过电压造成开关柜闪络。在电力系统中,由雷击放电引起过电压造成开关柜放炮的事情时有发生,根据其产生的原因,雷击过电压通常大致分为直击雷过电压和感应雷击过电压造成开关柜闪络。在电力系统中,有关雷云压,雷击过电压将在后面阐述。
三、高压开关柜绝缘性能的优化方案
  开关柜接入电网后,必须同时承受工作电压的作用。如果由于元件质量不好,与电网某些参数不利的组合,又会加剧运行条件恶化。因此,开关柜生产制造中,应特别注意绝缘性能,以减少运行中绝缘事故的发生。对绝缘件的设计,除需满足必要的机械强度外,最根本的是应承受规定的电压(见GB1408《固体绝缘材料工频电气强度试验方法》)。因此,可采取以下一些措施。
  1 广泛采用具有优良阻燃性、增水性的SMC等材料,在不增大空间体积的前提下,设计制造大爬距绝缘件。
  2 一定要按部颁标准的要求,带电体对地距离不小125mm。这个距离虽比过去100mm的要求有所提高,然而这是最低要求。125mm不对称间隙的工频耐受电压约为4gkv(最大值),而在不利的情况下,电容传递过电压最大值有可能高达63kv(最大值),可见这个间隙距离是不够的。
  3 应充分注意元件选择,特别是电压互感器,要选择伏安特性较好的产品,即在线电压下无显著饱和的电压互感器。同时,对于隔板等,应选用绝缘性能好,不燃烧或阻燃的绝缘材料。
  4 尽量不要只使用一相或两相电压互感器接在相线与地之间(包括在双电源定相时),以保证三相对地阻抗的对称性,避免中性点位移或产生谐振。
  5 关规定中,对普通地区要求不小于1.2cm/kv,然而我市运行经验表明,这个数值偏小。南方地区湿度大,10kV开关虽处于室内,但并不能消除飘尘的沉积,考虑到大气环境条件日趋恶化,k0kV开关柜的外绝缘泄漏比距应选为206cm/kv以上为宜。
  6 在有条件时,开关柜外绝缘建议进行凝露条件下的耐压试验。这是开关柜适应环境条件的一个非常得力的措施,希望制造厂家能予以考虑。
  7 运行单位也应考虑改善环境条件,如采取空调、吸湿、加热等措施。尤其对一些老的开关柜,增大空气间距及泄漏比距有困难时,更宜从改善环境条件人手。
  8 在运行中还要加强清扫,要贯彻“逢停即扫”的原则。
  9 要采用相应的保护相问过电压措施,有些单位提出的用4支氧化锌避雷器Y/O接法的方案,可考虑采用。
  10 有条件时,开关柜内带电体尽量采用热缩橡胶给予包扎,对提高运行水平很有利。
  11 结合元件复合化(组合式)设计及元件集中化装配,设计出相适应的绝缘方案,如目前KYN柜中互感器套管触头盒、绝缘子的组合结构所需的绝缘配合。
  12 改进配方、工艺,在中压开关柜专用配件方面,更广泛地采用新型配方的环氧树脂绝缘件,如KYN柜中的活动挡扳采用绝缘材料,避免过去有些厂家采用金属材料的做法,这样可以避免在活动挡板卡阻的情况下仍能保证电气绝缘。
  13 加大开发应用封闭式充气柜和封闭式箱变的力度。

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