10 kV高壓開關柜電暈問題分析及處理對策研究

王晉強

（山西陽城陽泰集團白溝煤業有限公司，山西晉城 048100）

0 引言

伴隨著社會經濟的快速發展，極大地促進我國電力行業的繁榮，在當前的電力項目中，10 kV高壓開關柜以其獨特的優勢得到廣泛應用，顯示出其他開關柜所不具有的優勢。通過運用10 kV高壓開關柜，能夠為電力系統的穩定運行提供有效保障，同時一旦系統發生故障，10 kV高壓開關柜能夠實現對不同設備間相互連接的中斷，從而為電力設施設備及人員安全提供有效保障[1]。

1 10 kV高壓開關柜種類及特征

目前，電力行業已經實現對10 kV高壓開關柜的廣泛應用，形成種類繁多、區別明顯的多種開關柜并存的局面。根據開關柜形式的不同，可以將10 kV高壓開關柜分為手車中置式開關柜、負荷開關柜、手車落地式開關柜、固定式開關柜及箱式開關柜幾種，其特征分別如下所示：

（1）箱式開關柜

對于戶外用電場所，較常用到的開關柜形式主要為箱式開關柜，該類開關柜受體積及散熱性能的限制，對于一些負荷較大的供電系統不能很好地滿足供電系統的需求，故而對于一些負荷較小的供電系統常選用箱式開關柜。

（2）固定式開關柜

對于一些變電站或廠礦企業，常選用固定式開關柜，該類開關柜的特點在于具有較大的內置空間，能夠實現對各類電氣元件的靈活擺放，但同時該類開關柜具有封閉性和防護性較差的特點，故障發生概率較高，因而已經逐步遭到廢棄[2]。

（3）手車落地式開關柜

要選用手車落地式開關柜必須配套高強度的箱底，這一開關柜因其先進的技術已逐步占據一定的市場。

（4）負荷開關柜

對負荷開關柜進行細分，還可以分為SF6負荷開關柜和HXGN負荷開關柜兩種，其中SF6負荷開關柜具有更高的防護等級和維護的便利性，故而在新建配電室中已得到廣泛應用。

（5）手車中置式開關柜

在10 kV開關柜中，手車中置式開關柜是應用最為廣泛的一種，具有其他開關柜所無法比擬的優勢，具有廣闊的發展前景[3]。

2 10 kV開關柜電暈現象及原理分析

（1）電暈現象分析

電暈又稱電暈放電，表現為帶電體在高壓環境下產生電離從而向周圍空氣釋放游離電的放電現象。在正常氣壓和強度下，當高壓帶電體的電壓持續上升直到電壓臨界值，或者當高壓帶電體具備電暈電場的強度時，就會提高空氣中原有離子的動能并促使其持續上升，直到某一固定臨界值，進而對其他不帶電分子產生撞擊作用，并將其離子化，導致空氣發生部分導電。此時，高壓帶電體四周呈現出藍色輝光放電現象，也就是所謂的電暈現象。當電極曲率半徑偏小且電極四周場強偏高時，也往往導致電暈現象的出現[4]。

（2）10 kV高壓開關柜電暈產生的機理

就單純氣體而言，因其導電性能不佳而被認為是良好而絕緣體，然而隨著氣體間隙外施電壓的不斷提升就會導致電流的迅速增加，使得氣體具備導電性能，導致其絕緣性能的破壞，最終導致自持放電現象的發生。可以將導致10kV高壓開關柜產生電暈的原因總結為如下兩點：一是空氣間隙存在于開關柜中，二是電場強度高于空氣間隙的外施電壓。同時，空氣隙在10 kV開關柜的電極及絕緣材料內部是客觀存在的，所以當空氣隙受電壓應力作用較大時，就會出現擊穿氣體的現象，最終導致電暈的出現。絕緣體最早受到10 kV高壓開關柜局部放電的燒蝕，并隨著燒蝕的持續而產生腐蝕絕緣表面的臭氧和酸，通過燒蝕和腐蝕的雙重作用使得絕緣表面變得粗糙，并進一步向絕緣體內部滲透，盡管損壞不是即刻產生的，但隨著燒蝕的持續會產生向四周傳播的力量，使得通路呈現枝狀生產，最終使得絕緣體具備導電性。這主要是由于枝狀通路的內壁被碳化所致的。對于10 kV開關柜的電暈現象，具體變現為內部電場的不均勻性。就10 kV開關柜而言，相比較于其他放電形式，電暈現象的主要特征在于其電流強度是由電極外其他空間的電導控制的，受到氣體密度、性質、外加電壓及電極形狀等因素的影響。對開關柜不同時期的電壓進行明確區分，其中將電暈產生時的電壓命名為起始電壓，此時電壓要比擊穿電壓較低，且受電場均勻程度的影響，二者的差值隨著電場均勻程度的提升而逐漸減小。開關柜元件性能受電暈現象的影響和破壞，對10 kV開關柜的整體性能產生負面影響，埋下安全隱患[5]。

（3）10 kV高壓開關柜電暈危害分析

在10 KV高壓開關柜故障中，電暈故障是較為普遍的一種，其危害集中體現為：（一）受局部場強驅動，部分電極和尖極的電子和離子會出現高速運動的現象，并在不斷運動的過程中實現與氣體分子能力的交換，產生電風。當缺乏足夠的剛性對電極進行固定時，受氣體反作用的影響，電風就會導致電暈極發生轉動或振動現象；（二）電暈的放電作用往往會導致高次諧波和高頻脈沖電流的產生，對無線電通訊產生干擾；（三）電暈的產生還可能引起空氣的化學反應，釋放臭氧、氮氧化物等，其中，臭氧具有強氧化性，氮氧化物又具有強腐蝕性，均會對氣體中的金屬電極隊及固體介質產生嚴重的腐蝕和損傷[6]。

3 10 kV高壓開關柜電暈處理辦法

環境濕度是導致高壓開關柜產生電暈現在的關鍵原因所在，尤其在近海地區，往往因空氣鹽份含量過高而對開關柜斷路器的絕緣性產生影響，并在電場的長期作用下導致電暈現象的產生，而這種電暈現象又因規模較小而不能輕易被發現，在長期的作用下對極柱的環氧表面產生燒灼等損毀，導致硅微粉殘留在極柱的局部地方，對極柱的絕緣性造成進一步損毀，使得電暈現象更為嚴重。因此，一旦發現10kV高壓開關柜出現電暈現象，需要及時采取停電檢修的措施，同時逐個清潔開關柜中銅排表面、電流互感器、斷路器等元件中存在的污垢和銹蝕，最后對斷路器進行檢驗，確保檢驗無誤后再重新啟用[7]。盡管受電暈影響所產生的氮氧化物和臭氧不會在短期內對斷路器的絕緣性產生明顯的損害，但在長時間作用下，也會逐步腐蝕斷路器中的金屬材質，進而加快絕緣材料老化的速度，進一步導致電暈現象的加重。所以當10kV高壓開關柜產生電暈現象時，需要綜合考慮開關柜所處環境的溫度及濕度，同時對柜內電場強度進行合理控制，才能從根本上環節并消除開關柜的電暈現象，具體可按如下辦法進行處理：首先，對10kV高壓開關柜內的溫度及濕度環境進行調整，尤其對于近海地區空氣鹽分含量偏高的情況，要盡可能降低開關柜斷路器絕緣材料受鹽分水汽的腐蝕，檢修人員在對10 kV高壓開關柜進行檢修時，要尤其注重對一二次進線口封堵情況的檢查，同時還要及時檢查開關柜的通風系統。對于空氣濕度較大的地區，要注重對除濕設備的設置，以實現對環境濕度的有效改善。其次，要有效改善開關柜中的電場分布情況，實現對柜內電場強度的有效降低。因此，在設計開關柜及其斷路器和互感器時，倒角圓滑的銅排往往是彼此間相互連接銅排的最好選擇。同時還可以對開關柜與斷路器之間的銅排進行適當調整。此外，為有效緩解和消除電暈，還可以對絕緣層采取具備增厚措施，涂抹防污閃涂料也是一種不錯的選擇[8]。

4 結束語

總而言之，一旦10 kV高壓開關柜產生電暈，整個電力系統的性能都會受到嚴重影響，不僅會增加電力工程成本開支，而且易對作業人員的安全造成威脅。基于此，為有效降低開關柜產生電暈現象的危害，重點對10 kV高壓開關柜產生電暈現象的原理及特征進行深入研究分析，并提出針對性處理措施，以期能有效降低高壓開關柜電暈問題發生概率，更好的維護電力系統的正常運行。