一起典型35 kV開關柜復合絕緣擊穿事故分析及整改措施

(華能海南發電股份有限公司，海南 海口 570105)

0 引 言

35 kV高壓開關柜是電力系統的重要設備之一，其運行狀態對電力系統的可靠性有著重大影響。對某220 kV變電站2012年7月發生的一起35 kV高壓開關柜復合絕緣缺陷導致的事故進行分析，并提出相關整改措施，為預防類似事故再次發生起到一定的作用。

1 開關柜絕緣擊穿事故過程

1.1 事故經過

事故發生前，天氣陰，變電站1、2號主變壓器高、中壓側并列運行，35 kV側分列運行。事故發生時變電站無操作。2012年7月19日14時35分， 2號主變壓器35 kV側發生A、B相間短路，20 ms后發展成三相短路，在故障822 ms后主變壓器低后備復壓過流Ⅰ段Ⅰ時限動作跳35 kV分段310斷路器(事故前310斷路器處于熱備用狀態)，1 122 ms后2號主變壓器低后備復壓過流Ⅰ段Ⅱ時限動作跳主變壓器低壓側312斷路器，切除3122隔離開關處的短路故障，故障1 183 ms后主變壓器差動保護動作，跳開2號主變壓器高壓側212斷路器、中壓側112斷路器和低壓側312斷路器，1 293 ms后主變壓器重瓦斯保護動作，跳212、112和312斷路器。事故造成35 kV 312開關柜損壞和2號主變壓器停運，未造成負荷損失。

1.2 現場檢查情況

對事故現場進行勘察發現事故點位于35 kV開關室 312開關柜3122隔離開關靜觸頭接線板處。進入312開關柜內詳細檢查發現，3122隔離開關靜觸頭附近的連接銅排、絕緣隔板、支柱絕緣子、部分二次接線受損。連接銅排燒出缺口，絕緣隔板表面燒損碳化嚴重，支柱絕緣子瓷裙炸裂損壞，開關柜內部分二次接線燒損,312斷路器和電流互感器檢查未發現異常。

2 故障點的查找和故障過程的分析

2.1 故障點查找和確定

首先，對故障錄波圖進行分析，排除了保護誤動的可能，并將低壓側電流錄波起始部分放大(見圖1)，可看出在一個周波(20 ms)內A、B相電流大小相同方向相反，可確定低壓側A、B相發生了相間短路，一個周波后發展成了對稱的三相短路。

然后，重點對低壓側進行了排查。打開312開關柜后，綜合現場情況確定了故障點為35 kV開關室 312開關柜3122隔離開關靜觸頭接線板處。

圖1 低壓側電流錄波圖

2.2 故障發展過程的分析

該故障開關柜型號為XGN17-40.5，為國內一家專業開關柜生產廠家,其本次事故開關柜的內部結構如圖2所示。

圖2 35 kV 側312 斷路器柜結構示意圖

圖2中，1為主母線室；2為上隔離開關； 3為儀表室；4為電流互感器；5為斷路器室；6為真空斷路器；7為手操機構； 8為電纜室；9為下隔離開關；10為擋板(SMC)； 11為穿墻套管。

從事故現場情況看，開關柜內部燒損較為嚴重之處在圖中A 絕緣板上部母線貫穿位置，母線貫穿部位絕緣板板面熏黑，絕緣板絕緣性能基本喪失，事故中上隔離開關損壞，其余柜內312斷路器和電流互感器事后檢查未發現異常。

由錄波圖可知A、B相首先發生相間短路，通過現場發現3122隔離開關靜觸頭接線板處燒熔和A、B相間絕緣板表面沿面放電碳化痕跡，可知，A、B相間短路的起始放電通道為絕緣隔板沿面擊穿部位。

A、B相擊穿短路到三相短路的發展過程如下所述：絕緣隔板和絕緣熱縮套表面在吸塵和受潮的情況下絕緣強度下降，電場作用下形成A相連接板裸露處-A相開孔處氣隙-沿絕緣隔板表面-B相開孔處氣隙-B相連接板裸露處的放電通道，導致A、B相擊穿短路，迅速導致B、C相之間絕緣降低，形成三相短路，為一起典型的復合絕緣(小空氣間隙和固體絕緣材料的表面)引起的設備事故。

3 故障原因分析

3.1 開關柜設計缺陷

圖3為絕緣隔板正視圖，故障部位內部絕緣由以下幾部分組成。

1)支柱絕緣子，長度400 mm，爬電距離960 mm；2)導電母排的周圍柜體的空氣間隔，最小處330 mm；3)導電母排間的空氣間隔， 360 mm；4)導電母排間的絕緣隔板的沿面間隔，352 mm。

圖3 絕緣隔板正視圖

XGN17 型產品出廠前，全部經過95 kV/1 min 的工頻耐壓試驗(含極間和對地耐壓試驗)，滿足DL/T 404-2007 中第5.103.3非金屬隔板和活門的相關條款的試驗要求；本次事故開關柜相間最小空氣間距達到360 mm，對地實測大于330 mm，帶電體至門實測大于330 mm，滿足DL/T 404-2007中第5.106 對最小空氣間隙的要求[1]。

本案中XGN17 型開關柜是采用空氣絕緣方式設計，柜體結構中的A 處絕緣板是因檢修安全而設置，參照相應標準條款發現此處是絕緣最薄弱的地方，其有兩點不滿足要求：1)導流銅排穿過絕緣隔板的孔洞與絕緣擋板間的空氣間隙極小，靠近放電通道一側僅為2 mm， DL/T 404-2007《3.6 kV～40.5 kV交流金屬封閉開關設備和控制設備》要求不小于60 mm[1]；2)絕緣隔板相間絕緣所需的沿面爬電距離為352 mm，DL/T 593-1996標準要求不小于770 mm[2]。

3.2 綜合原因分析

通過以上分析認為，該公司生產的XGN17-40.5 產品僅A處的絕緣隔板不滿足規程規定，盡管存在設計隱患，但仍通過了出廠試驗和現場驗收試驗，為什么A 處絕緣板在運行3年后形成沿絕緣板表面擊穿的現象，可從以下方面分析。

1)A 處絕緣板的布置與三相母線相垂直，雖然不增加相間絕緣的絕緣介質，但在特定條件下，如高海拔、表面積塵、空氣濕度過大、凝露等影響下，可能會導致絕緣板表面絕緣性能的下降，相當于降低了相間或相對地的空氣絕緣距離。

2)當出現上述特定的情況時，絕緣板可等效為一個接近于地電位或高阻接地的狀態，此時，相間電壓會全部施加于導電體與絕緣板間很小的空氣間隙，導致場強相對集中，可能引發局部放電，長期對周圍的設備元件電離腐蝕，尤其是長期對有機絕緣件表面產生電暈，使絕緣件老化、絕緣性能迅速下降，積累到一定程度使絕緣件擊穿，發生閃絡。

綜上所述， 由于XGN17型產品絕緣隔板結構設計不完善，特定條件下的長期運行中因表面凝露、積污和局部放電，使開關柜局部絕緣性能下降，最終絕緣擊穿導致本次事故的發生。

4 整改措施

1)排查開關柜內部導體穿過絕緣隔板的情況，參照DL/T 404-2007《3.6 kV～40.5 kV交流金屬封閉開關設備和控制設備》關于相間組合絕緣的要求(10 kV設備應不小于30 mm，40.5 kV設備應不小于60 mm)，對絕緣隔板開孔尺寸進行整改。

2)加強開關柜的運行維護，定期對開關室通風及除濕設備進行檢查，特別是在雨季和霉雨氣象情況下對室內設備除濕效果的監測和檢查，確保開關室的通風及除濕設備運行正常。

3)目前執行的《基建工程項目驗收作業標準》對開關柜內穿孔部分的復合絕緣空氣間隙無具體的驗收要求，僅以通過絕緣試驗為驗收依據，在驗收中未能發現廠家的設計隱患，建議在《基建工程項目驗收作業標準》增加對開關柜內復合絕緣空氣間隙的驗收要求。

5 結束語

通過對這起典型的35 kV開關柜復合絕緣事故原因的分析，可認識到：XGN17 型開關柜的設計仍需廠家繼續完善并提高產品質量；運行單位在驗收環節有必要增加對開關柜內復合絕緣空氣間隙的要求；運行單位加強管理與維護工作，做好整改措施，避免再次發生同樣的事故。

[1] DL/T 404-2007,3.6 kV～40.5 kV交流金屬封閉開關設備和控制設備[S].

[2] DL/T 593-1996,高壓開關設備的共用訂貨技術導則[S].