×××配電站35kV開關(guān)柜內(nèi)部放電的分析與判斷

張學(xué)芳

（中核蘭州鈾濃縮有限公司，甘肅 蘭州 730065）

×××配電站35kV開關(guān)柜內(nèi)部放電的分析與判斷

張學(xué)芳

（中核蘭州鈾濃縮有限公司，甘肅 蘭州 730065）

×××配電站是中核蘭州鈾濃縮有限公司公司的一級(jí)35kV配電站，自2006年9月全部投運(yùn)以來，運(yùn)行正常。此次通過對(duì)35kV開關(guān)柜內(nèi)部放電的分析與判斷，查找放電點(diǎn)，為以后的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供理論分析依據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。

開關(guān)柜；放電；擊穿電壓

1 35kV開關(guān)柜放電的分析與處理

2007年8月，×××配電站3209開關(guān)柜聲音異常，從開關(guān)柜盤后能聽到很明顯的呲呲聲，像是空氣游離放電的聲音，時(shí)斷時(shí)續(xù)，偶爾還有噼噼啪啪擊穿的放電聲。

鑒于此種情況，研究決定停電處理，停電后除發(fā)現(xiàn)35kV電纜終端頭、母線支柱絕緣子、避雷器表面臟污，未發(fā)現(xiàn)放電痕跡，懷疑零序電流互感器二次回路接通不好；隨之將35kV電纜終端頭、母線支柱絕緣子、避雷器表面臟污進(jìn)行了清理，零序電流互感器二次繞組直接短接，并將上述電氣設(shè)備逐個(gè)進(jìn)行高壓絕緣試驗(yàn)，試驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)異常，試驗(yàn)數(shù)據(jù)與上次試驗(yàn)數(shù)據(jù)相比也未發(fā)現(xiàn)異常，開關(guān)柜空載送電無異常，再次帶載送電后放電聲也未出現(xiàn)。

開關(guān)柜運(yùn)行第二天放電聲再次出現(xiàn)，停電后檢查仍然未發(fā)現(xiàn)異常，第二次恢復(fù)送電，仍然有放電聲，但放電聲比較均勻，運(yùn)行10天后，放電聲有逐漸增大的趨勢(shì)，第三次停電檢查，發(fā)現(xiàn)高壓電纜終端頭第三裙有明顯放電痕跡，而且電纜終端頭外絕緣有滲出的油漬，放電點(diǎn)很明確。

對(duì)高壓電纜再次進(jìn)行直流耐壓及泄漏電流試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)仍然無異常，高壓電纜直流耐壓試驗(yàn)通過，研究后高壓電纜終端頭割掉后重新制作，重新制作電纜終端頭試驗(yàn)正常，開關(guān)柜投入，帶載運(yùn)行至今，再未出現(xiàn)放電聲音，由此可斷定放電聲來自高壓電纜終端頭。

2 高壓電纜終端頭放電，而高壓電纜直流耐壓試驗(yàn)卻能通過的原理分析

（1）交聯(lián)聚乙烯電纜結(jié)構(gòu)分析。交聯(lián)聚乙烯絕緣層是采用聚乙烯經(jīng)過化學(xué)交聯(lián)制成的，即在聚乙烯電纜料中混入一定量的交聯(lián)劑，擠包絕緣層后在一定溫度和壓力下進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，使分子結(jié)構(gòu)從直聯(lián)狀轉(zhuǎn)變成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而大大改善了聚乙烯的機(jī)械性能和耐熱性能，同時(shí)又保持了聚乙烯的優(yōu)良電氣性能。但是在交聯(lián)過程中，介質(zhì)內(nèi)部不可避免地會(huì)溶解有一定數(shù)量的副產(chǎn)品，這些副產(chǎn)品易揮發(fā)，形成雜質(zhì)、水分和氣隙，且有相對(duì)小的絕緣電阻系數(shù)，故交聯(lián)聚乙烯電纜在交直流電壓下的電場(chǎng)強(qiáng)度分布與油紙絕緣電纜則有很大的不同。

（2）交聯(lián)聚乙烯電纜介電強(qiáng)度分析。由于交聯(lián)聚乙烯電力電纜的絕緣層是屬整體式絕緣結(jié)構(gòu)而不像油紙絕緣那樣是復(fù)合式絕緣結(jié)構(gòu)，εr=2.11，而且一般不受溫度變化的影響，故在交流電壓下，交聯(lián)聚乙烯絕緣不象油紙絕緣那樣，擊穿強(qiáng)度低的油膜要承受較高的電場(chǎng)強(qiáng)度。

在直流電壓下，電場(chǎng)強(qiáng)度仍按絕緣電阻系數(shù)成正比分布。雖然交聯(lián)聚乙烯絕緣是整體式，但在交聯(lián)過程中溶解在其內(nèi)部的副產(chǎn)品（甲烷氣、乙烯苯、聚乙醇等）在絕緣層內(nèi)部分布是不均勻的，由于這些副產(chǎn)品的絕緣電阻系數(shù)比聚乙烯小，從而使交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣層內(nèi)絕緣電阻系數(shù)分布不均勻，因此在直流電壓作用下，交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣層內(nèi)的電場(chǎng)分布也不同于理想圓柱體絕緣結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)分布，而與材料的不均勻性有關(guān)。同樣，交聯(lián)聚乙烯絕緣象一般絕緣材料一樣，其絕緣電阻系數(shù)不僅受溫度變化的影響，而且與所加電場(chǎng)強(qiáng)度有密切的關(guān)系，一般可用式（1）表示：

式（1）中：ρ0為0℃時(shí)絕緣材料的絕緣電阻系數(shù)；θ為工作或試驗(yàn)時(shí)的溫度，℃；ρ為θ℃時(shí)絕緣材料的絕緣電阻系數(shù)；α為溫度系數(shù)；b為電場(chǎng)強(qiáng)度系數(shù)；E為工作或試驗(yàn)時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度，kV/mm。

據(jù)測(cè)定，聚乙烯絕緣的α為0.15/℃，b為0.15kV/mm。

在這里，電場(chǎng)強(qiáng)度的影響不象油紙絕緣那樣忽略不計(jì)。一般來說，對(duì)交聯(lián)聚乙烯絕緣，式（1）可簡(jiǎn)化為

當(dāng) E=5.25～21kV/mm，γ=2.1～2.4 時(shí)，通過繪制絕緣電阻系數(shù)與溫度的關(guān)系圖，絕緣電阻系數(shù)與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系圖可以看出：①在直流電壓下，由于溫度及交聯(lián)聚乙烯電場(chǎng)強(qiáng)度的變化，交聯(lián)聚乙烯絕緣層的絕緣電阻系數(shù)也會(huì)隨之變化；②由于絕緣電阻系數(shù)的表變化，導(dǎo)致交聯(lián)聚乙烯絕緣層各處電場(chǎng)強(qiáng)度分布的改變，也就是說，在同樣厚度下的絕緣層，由于溫度的升高，其擊穿電壓水平隨之下降。

3 結(jié)語(yǔ)

通過上述分析可知，電纜線路敷設(shè)和安裝后以及在運(yùn)行的過程中，用什么方法進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，即可檢出電纜及其附件的缺陷，又不致造成對(duì)本身絕緣的損害，確是值得探討的問題。對(duì)于交聯(lián)聚乙烯電力電纜采用直流耐壓是不合適的，但對(duì)于電壓等級(jí)比較低的電纜，由于絕緣層不太厚，上述情況表現(xiàn)的不太嚴(yán)重，因而IEC建議參照油紙絕緣電纜制定相應(yīng)的直流電壓試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。盡管如此，對(duì)主要電纜，做頭前后或投入運(yùn)行前，還是要做交流耐壓試驗(yàn)，因?yàn)槭艿皆囼?yàn)設(shè)備容量的限制，可考慮采用串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置。

張學(xué)芳（1972-），男，甘肅武威人，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，主要研究方向：高壓試驗(yàn)及電氣工程。