40.5 kV高壓開關柜絕緣故障原因分析及處理

龐先海，冀立鵬，景 皓，馮建萍，李曉峰

(1.國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊 050021；2.國網河北省電力公司邢臺供電分公司，河北 邢臺 054001；3.石家莊思凱電力建設有限公司供用電分公司，石家莊 050000)

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40.5 kV高壓開關柜絕緣故障原因分析及處理

龐先海1，冀立鵬2，景 皓1，馮建萍3，李曉峰1

(1.國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊 050021；2.國網河北省電力公司邢臺供電分公司，河北 邢臺 054001；3.石家莊思凱電力建設有限公司供用電分公司，石家莊 050000)

對40.5 kV高壓開關柜絕緣故障進行統計分析，認為故障率高的主要原因是空氣絕緣凈距不足、絕緣材料老化、復合絕緣配合不當和絕緣材料質量較差等絕緣缺陷，并對這些絕緣缺陷進行深入分析，分別提出現場已運行和新裝用40.5 kV高壓開關柜的處理措施。

高壓開關柜；絕緣故障；空氣絕緣凈距；絕緣材料老化

通過對部分網省電力公司調研，高壓開關柜裝用量70 802面，其中，40.5 kV高壓開關柜15 722面，占比22.1%；12 kV高壓開關柜55 080面，占比77.9%。近3年來，累計發生高壓開關柜故障170起，其中10 kV高壓開關柜故障116起，占比68.2%，故障率為0.211次/(百臺·年)；40.5 kV高壓開關柜發生故障54起，占比31.8%，故障率為0.343次/(百臺·年)。40.5 kV高壓開關柜的故障率為12 kV的1.63倍。

隨著電力系統的快速發展，40.5 kV高壓開關柜裝用數量大幅增加[1]。高壓開關柜性能質量好壞直接關系著高壓開關柜的運行狀態，從而對電網安全生產和電力系統的可靠性產生重要影響[1]。近年來，40.5 kV高壓開關柜故障有增多趨勢，主要為柜內絕緣缺陷導致，因此，分析40.5 kV高壓開關柜絕緣故障原因并提出合理措施顯得尤為必要。

1 高壓開關柜故障統計

40.5 kV高壓開關柜按其故障類型進行分類，主要包括絕緣缺陷導致故障、元件缺陷導致故障和柜內過熱缺陷導致故障3大類。其中絕緣缺陷導致故障41起，占比75.9%；元件質量缺陷導致故障6起，占比11.1%；柜內過熱缺陷導致故障4起，占比7.4%；其它原因導致故障3起，占比5.6%。可見，絕緣缺陷是導致40.5 kV高壓開關柜故障的主要原因。

絕緣故障原因主要包括相間或相對地空氣絕緣凈距離不足、復合絕緣配合不當、絕緣材料質量較差、絕緣材料老化、運行環境較差等絕緣缺陷，絕緣故障往往是多個絕緣缺陷共同作用的結果，每個絕緣缺陷在41起40.5 kV高壓開關柜絕緣故障中存在的情況，見表1。

表1 絕緣故障中各絕緣缺陷存在的情況

絕緣缺陷名稱絕緣缺陷出現的次數/次占故障總數的比例/%空氣絕緣凈距不足3790.2復合絕緣配合不當921.9絕緣材料質量較差819.5絕緣材料存在老化2663.4運行環境較差512.2其它因素1024.4

由表1可以看出，90.2%的絕緣故障中存在空氣絕緣凈距離不足問題，是40.5 kV高壓開關柜絕緣故障的主要原因；63.4%的絕緣故障中存在絕緣材料老化現象，是40.5 kV高壓開關柜絕緣故障的重要原因；復合絕緣配合不當、絕緣材料材質較差、運行環境較差在絕緣故障中出現的次數較多，是40.5 kV高壓開關柜絕緣故障的原因之一。

2 典型絕緣缺陷分析

2.1 空氣絕緣凈距不足

造成高壓開關柜空氣絕緣凈距不足的主要原因是國網公司物資采購標準規定的40.5 kV高壓開關柜尺寸無法滿足帶電部位(相間、對地)最小安全凈距的要求。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》[2]對單純以空氣作為絕緣介質的40.5 kV高壓開關柜，相間和相對地的最小空氣間隙應不小于300 mm，帶電體至門不小于330 mm。目前，40.5 kV高壓開關柜采購標準尺寸為2 800 mm×1 400 mm×2 600 mm和2 800 mm×1 200 mm×2 60 0mm(長×寬×高)2種柜型，即使是1 400 mm寬度的柜型也滿足不了最小空氣間隙300 mm的要求。

針對最小空氣間隙小于300 mm的問題，《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》(修訂版)[3]作了補充說明。如采用熱縮套包裹導體結構，則該部位必須滿足空氣絕緣凈距離不小于300 mm要求；如高壓開關柜采用復合絕緣或固體絕緣封裝等可靠技術，可適當降低其絕緣距離要求。因此，目前在運的40.5 kV高壓開關柜大部分都通過加裝絕緣隔板、熱縮套包裹導體等措施提高設備絕緣水平。

現場檢查河北南網裝用量較大的10家制造廠生產的40.5 kV高壓開關柜，均在相間加裝了絕緣隔板，其中最小空氣間隙在271～280 mm的1家，在261～270 mm的6家，在250～260 mm的3家，均不滿足空氣絕緣凈距離不小于300 mm要求。如果空氣絕緣凈距離按照300 mm反推計算(4個空氣間隙)，母線排寬度按照120 mm計算(3條母線排)，柜體寬度將為1 560 mm，可見1 600 mm的高壓開關柜寬度將滿足空氣絕緣凈距離要求。

2.2 復合絕緣配合不當

復合絕緣配合不當的根本原因為制造廠未按要求加裝絕緣隔板，絕緣隔板與帶電體間純空氣間隙較小導致。高壓開關柜加裝絕緣隔板后，形成帶電體-空氣間隙-絕緣隔板-空氣間隙-接地體(帶電體)這種復合絕緣方式，這一方面降低了相對地或相間距離，減少了體積，提高了絕緣水平；另一方面也增大了設備絕緣問題的復雜程度，增加了影響因素，提高了絕緣的不確定性。

根據要求帶電體與絕緣隔板之間的最小空氣間隙應滿足不小于60 mm，現場檢查10家制造廠發現2家最小空氣間隙小于60 mm[3]。帶電體與絕緣隔板之間空氣間隙過小，絕緣隔板表面的灰塵、水分等環境因素影響帶電體處高電位場強分布，容易產生局部放電，同時絕緣隔板在高電場作用下加快老化速度。

2.3 絕緣材料材質較差

2006年前高壓開關柜內的絕緣材料曾采用過酚醛樹脂、聚氯乙烯及聚碳酸脂等，這類材料或容易吸潮、或本身容易帶靜電荷，在高壓開關柜內發生過大量的絕緣燒損事故。近10年來高壓開關柜內絕緣隔板主要為SMC絕緣材質，該類絕緣材質無論絕緣性能還是機械性能上都優于環氧樹脂，但大量使用后，實際運行中發現，也時有發生斷裂或表面擊穿故障。SMC絕緣材質除應用于電力行業外還可應用于其它工業，價格差別很大，質量參差不齊，絕緣和機械性能存在較大差異。優質的SMC絕緣材質表面類似一層鏡面，具有表面平整光亮、無彎曲、一次成型、無尖角、憎水性強等特點。

2.4 絕緣材料存在老化

絕緣材料老化是造成高壓開關柜絕緣故障的重要原因，為解決40.5 kV高壓開關柜空氣絕緣凈距離不足的問題，通常采用加裝絕緣隔板的方式提高絕緣強度，然而通過開展SMC絕緣隔板老化試驗、憎水性試驗和拉伸強度試驗發現即使采用優質的SMC絕緣隔板也存在老化的問題。

3 處理措施

3.1 已運行的40.5 kV高壓開關柜

a. 充分利用暫態地電壓、超聲波等局部放電檢測手段，加強高壓開關柜局部放電帶電檢測，對內置老舊絕緣隔板的高壓開關柜增加帶電檢測次數。

b. 結合停電機會，開展高壓開關柜反措排查，將“高壓開關柜內加裝絕緣隔板后的最小空氣絕緣凈距”和“帶電體與絕緣板之間的最小空氣間隙”作為排查條款，排查結果應滿足反措要求。

c. 開展絕緣隔板抽查試驗，對運行5年以上的高壓開關柜內絕緣隔板進行抽查，檢查其憎水性和拉伸強度是否滿足要求。

d. 不滿足要求的絕緣隔板應進行更換，新的絕緣隔板必須具有凝露試驗報告，并要求用優質絕緣材料一次性澆筑，無尖角。

3.2 新裝用的40.5 kV高壓開關柜

a. 為滿足空氣絕緣凈距要求，40.5 kV高壓開關柜柜寬由1 200 mm或1 400 mm提高至1 600 mm。交接驗收時嚴格執行相間和相對地的最小空氣間隙應不小于300 mm，帶電體至門不小于330 mm的要求。

b. 新裝用高壓開關柜內禁止使用絕緣隔板、熱縮套加強絕緣，如果采用固封式加強絕緣措施，應滿足絕緣隔板與帶電體間純空氣間隙要求。

c. 廠內試驗階段進行絕緣件局部放電試驗檢測，柜內絕緣件應采用優質絕緣材料澆注，單個固體絕緣局部放電量應不大于10 pC。

d. 新裝用高壓開關柜開展觸頭鍍銀層檢測，動、靜觸頭接觸面鍍銀層厚度不小于8 μm，進行導電回路電阻測試，測試值合格的方可投運。

e. 嚴格落實配電室除濕措施，深入核算除濕機的除濕效果，配置合理的除濕設備。

4 結束語

現場運行經驗表明，40.5 kV高壓開關柜在運行過程中受絕緣隔板性能老化、絕緣距離不足、環境潮濕等因素影響，絕緣故障率明顯較高；試驗結果顯示優質的SMC絕緣隔板存在老化現象。建議新裝用的40.5 kV高壓開關柜柜寬提高至1 600 mm，同時禁止使用絕緣隔板、熱縮套加強絕緣；已運行的40.5 kV開關柜開展絕緣隔板抽查試驗，不滿足要求的應進行更換。

[1] 李建基．高壓開關設備實用技術[M]．北京： 中國電力出版社，2005．

[2] 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]．

[3] 國家電網生[2012]352號，國家電網公司十八項電網重大反事故措施(修訂版)[S]．

本文責任編輯：王洪娟

Causes Analysis on 40.5 kV High-voltage Switchgear Panel Insulation Fault and Measures

Pang Xianhai1,Ji Lipeng2,Jing Hao1,Feng Jianping3,Li Xiaofeng1

(1.State Grid Hebei Electric Power Research Institute，Shijiazhuang 050021,China;2. State Grid Hebei Electric Power Corporation Xingtai Power Supply Branch,Xingtai 054001,China;3.Shijiazhuang Sikai Electric Power Construction Co.,Ltd. Power Supply Branch,Shijiazhuang 050000,China)

The causes for the high of 40.5 kV high-voltage switchgear panel insulation fault rate is analyzed,and the main reasons are that the lack of air insulating distance, the aging of insulating material,the improper composite insulation co-ordination,the poor quality of insulating material and so on.This insulation fault is discussed,and the specific preventive measures of the new equipment and operating equipment for 40.5 kV high-voltage switchgear panel is proposed.

high-voltage switchgear panel;insulation fault;air insulating distance;aging of insulating material

2017-03-03

龐先海(1983-)，男，高級工程師，主要從事高壓開關設備試驗及帶電檢測工作。

TM564

B

1001-9898(2017)03-0031-03