封閉式10kV配電所高壓開關柜絕緣問題分析

遲志鵬 史磊

摘要：通過對一起封閉式10kV配電所高壓開關柜絕緣故障分析，排查故障原因，提出解決對策

關鍵詞：封閉式；高壓開關柜；絕緣；分析

近年來，封閉式10kV配電所高壓開關柜在鐵路電力系統中得到了廣泛應用，我局新建、改建10kV配電所高壓開關柜和遠動箱變基本上采用了封閉式的，其優勢在于占地面積小，工程造價較低，安全防護措施到位，操作人員誤操作的可能性較低。同時，因采用封閉式，其絕緣距離進一步減小，母線、套管等設備全部封閉，基本上不需要進行維護和檢修，大大減少了日常工作量。但在實際的運行過程中，也發生了多起絕緣故障，對信號供電安全造成了威脅。通過對發生的一起故障進行分析，查找故障發生的原因，提出解決問題的方法。

一、故障分析

1.1 故障現象

2012年9月22日，藍煙線某10kV配電所II段母線出現單相接地故障，隨后出現一聲異響，II段母線停電，同時上一級地方電源跳閘，故障電流2001A。經過巡視發現，三相短路點在II段母線與電容器開關柜連接的上觸頭處。（此時，電容補償裝置一直未投用）

1.2現場檢查

通過對故障的設備的試驗發現，三相母排對地絕緣值均低于0.1兆歐（GB50150的標準為不低于300兆歐）；耐壓試驗達到1.5kV時（GB50150的單項對地耐壓不低于42kV），母線穿柜套管多處出現放電現象，觸頭盒相間電弧接近短路狀態；開關柜內的空氣濕度達到94%。

1.3原因分析

初步分析認為絕緣套管和觸頭盒受環境影響導致局部對地放電，線路單相接地后，又因非故障相對地電壓升高加劇了放電現象，產生了相間短路，進而發展為三相短路，致使II段母線停電，同時將上一級電源頂掉，影響供電安全。主要原因如下：

1.3.1密封開關柜內濕度較大造成放電

故障發生后，將開關柜打開，發現柜內壁上存在有大量水珠凝結，初步分析認定是由于“凝露”現象造成的。

該10kV配電所地處沿海，空氣濕度較大，濕氣中含有大量的鹽分，故障觸頭盒和套管表面附鹽密度比較高，且觸頭盒與母排連接處因開口朝上而有大量的白色結晶體出現，主要成分是氯化納。該導電物質必然導致電場不均勻而出現局部放電現象，該現象不僅出現在觸頭盒和絕緣套管處，母線的支持瓷瓶的根部和端部都出現了該現象，在開關柜內壁上也存在部分結晶體。在線路出現單項接地時，未接地的相電壓抬高至10kV，在柜內絕緣薄弱處首先發生放電，因柜內空間較小，且濕度較大，引發了相間短路，最終擴大為三相短路。因此，“凝露”現象是造成該次故障的主要原因。

1.3.2瓷瓶爬距存在設計缺陷

母線支持瓷瓶爬距偏小是發生故障的另一原因。作為純空氣絕緣的電氣設備，《高壓配電裝置設計技術規程》中明確規定，10kV系統純空氣絕緣的最小間隙為125mm。從交流耐壓試驗的結果，并結合故障分析可以看出，10kV高壓開關柜柜內帶電體的相與相間、相與地間的最小空氣絕緣間隙低于125mm的，容易發生事故，而濕度對交流耐壓試驗的結果影響較大。因開關柜內空間狹小，并且沿海地區的潮濕環境，濕度較大，必須對絕緣設備做特殊的設計，加大爬距，增大空氣絕緣的間隙，以滿足安全運行的需要。設計未針對該配電所所處的地理環境，采取其它的補強措施，仍采用普通絕緣子，從設計源頭上就留下了隱患。

1.3.3日常的巡視和檢查不到位

故障發生后，對值班人員進行了了解，部分值班員曾聽到過柜內存在“呲呲”的放電異響，均認為是正常的放電現象，也未向車間技術人員進行匯報和確認，導致未及時發現存在的隱患；同時，每年度的預防性試驗，相關技術人員對該柜內設備發現的結晶體未引起重視，安全隱患未及時發現，也未組織處理，設備一直帶病運行，最終導致了本次故障的發生。

二、應對對策

2.1開關柜增加通風除濕設備

開關柜內部十分緊湊，空間狹小，為保證在高濕潮濕環境下高壓開關柜的絕緣電阻仍處于較高水平，對柜內防潮、防凝露提出了更高的要求。一是對開關柜的運行環境隨氣候變化進行改善，在室內加裝除濕設備，防止濕度過高引起開關柜內絕緣放電、閃絡；二是在夏秋季，環境溫度較高，設備負荷電流較大，散發的熱量較多，通過加強高壓室內的通風排熱來降低設備溫升，減少潮濕空氣對流，防止濕氣進入開關柜內部；三是在開關柜合理位置內加裝加熱器，通過空氣加熱除濕，改善柜內運行環境，同時，由值班人員根據工作環境狀態人工控制加熱器的投入、切除，保證柜內的濕度滿足安全運行的需要。

2.2優化開關柜的設計方案和安裝方案

一是設計根據現場環境的現狀，提出加強開關柜內絕緣的具體措施，在根本上解決絕緣閃絡的問題，滿足現場安全運行的需要；二是對絕緣套管進行適當改造，將絕緣套管光滑的表面制作成波紋狀，以增加絕緣爬距，在不改變開關柜基本結構的情況下，盡可能增大絕緣爬距，提高安全系數，減小絕緣套管爬電的幾率；三是開關柜的選型在滿足現場需要，要優先選用密封性能好、耐腐蝕的開關柜，電力電纜與高壓柜的連接處的密封防潮措施要到位，從源頭上解決開關柜內濕度大的問題。

在有條件下的情況下，盡可能將高壓室建在二樓以上的數層，可以有效脫離地面濕氣的干擾。

2.3不斷提高職工業務素質

加大對值班人員和檢修人員的培訓力度，不斷提高職工業務素質，要求必須掌握開關柜的內部接線和原理，具備對異響等情況進行初步分析和判斷的能力，改變以往值班員光聽電話，不能進行故障的初步分析和判斷的問題；充分發揮年度預防性試驗的作用，利用難得的停電檢修有利時機，發現隱患，解決隱患，切實提高設備質量，將隱患消除在萌芽狀態，確保信號供電安全。

三、結束語

開關柜的絕緣故障，在鐵路供電系統時有發生，本文針對管內發生的一起故障進行了分析，原因分析和對策具有一定的局限性，開關柜的凝露現象很普遍，原因就是進入柜內的潮濕氣沒有很好的疏散通道。如果采用良好的密封結構，采取必要的技術措施，加大絕緣爬距，同時提高檢修質量，同類的故障是可以避免的。