35 kV高壓柜受潮放電原因分析及治理措施

劉源

摘 要：以某35 kV高壓柜受潮放電故障為例，組織停電檢查以及絕緣性能試驗，辨識裝置自身及其所在環(huán)境中存在的干擾因素，由此有針對性地探討絕緣性能發(fā)生下降的具體機理，再據(jù)此提出相適應(yīng)的治理措施，以供參考。

關(guān)鍵詞：35 kV高壓柜;受潮放電;建模分析

1??? 開關(guān)柜受潮放電的數(shù)據(jù)檢查及分析

1.1??? 帶電測試結(jié)果

某35 kV開關(guān)柜安裝在室內(nèi)，主變經(jīng)穿墻套管進(jìn)柜，后柜出線為電纜出線形式。主接線采用單母分段接線，所配置的兩段母線由母分隔離和母分開關(guān)連接，日常運行過程中母分開關(guān)呈熱備用狀態(tài)。在該35 kV高壓柜的日常運行中，某次帶電測試時發(fā)生突發(fā)狀況，結(jié)果顯示局部放電數(shù)據(jù)偏離正常值，該階段開關(guān)室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)為溫度12 ℃、濕度70%，空調(diào)正啟用除濕功能，但濕度未得到有效控制。針對該現(xiàn)象，技術(shù)人員將前、后柜門以及側(cè)柜門作為重點考慮對象，對此類裝置做暫態(tài)地電壓和超聲局部放電檢測，主要數(shù)據(jù)如表1、表2、表3所示。

表中，幅值反映的是超聲局放數(shù)據(jù)的強度，放電類型是頻率成分1、頻率成分2的關(guān)鍵影響因素，尖端放電時局放信號有頻率成分1，而在空穴放電或懸浮電位體放電過程中，可以發(fā)現(xiàn)此時的局放信號有頻率成分2，在放電信號強度持續(xù)增加之下其數(shù)據(jù)也有逐步加大的變化趨勢。通過對表1、表2、表3的對比分析發(fā)現(xiàn)，相比于背景值，暫態(tài)地電壓和超聲檢測數(shù)據(jù)均有所增大。根據(jù)要求，暫態(tài)地電壓幅值需要在20 dB以內(nèi)，而超聲幅值需在8 dB以內(nèi)，但多個間隔檢測數(shù)據(jù)均顯示其超過該控制區(qū)間，同時超聲檢測結(jié)果中含有部分頻率成分1和頻率成分2的數(shù)據(jù)。由此看出該開關(guān)柜有局放問題，并且最為明顯的是母分開關(guān)和母分隔離間隔局部放電情況。

1.2??? 開關(guān)柜的停電檢查

針對前述的帶電測試結(jié)果，進(jìn)一步將開關(guān)柜Ⅰ段母線改為檢修狀態(tài)，在此條件下組織停電檢查。結(jié)果顯示，部分間隔的手車開關(guān)動觸頭由于發(fā)生氧化而形成銅綠，還有部分開關(guān)套筒內(nèi)靜觸頭存在較明顯的放電痕跡。揭開電纜溝蓋板做詳細(xì)的觀察，結(jié)果顯示電纜溝內(nèi)含大量的積水，甚至有部分電纜已處于被水浸泡的狀態(tài)。經(jīng)檢測，明確電氣設(shè)備的絕緣電阻，實測結(jié)果顯示，存在母線及開關(guān)靜觸頭絕緣性能異常的情況，在使用中難以滿足絕緣要求。

較上次試驗結(jié)果，此處的絕緣電阻數(shù)值均有大幅度下降的變化。取A、B、C三相母線，圍繞三部分展開針對性的交流耐壓試驗，發(fā)現(xiàn)B相母線在60 kV電壓下母分開關(guān)靜觸頭對地放電，而對于A、C兩相母線，待開關(guān)柜電壓增加至35 kV時運行狀態(tài)異常，伴有較為強烈的異響。可以發(fā)現(xiàn)，三相母線并未滿足76 kV電壓條件下的試驗要求（即未通過1 min的耐壓試驗），此現(xiàn)象揭示了母線或開關(guān)靜觸頭套筒絕緣性能不足的事實。綜合前述提及的試驗分析結(jié)果，認(rèn)為開關(guān)柜內(nèi)部已經(jīng)受潮，設(shè)備所具備的絕緣性能大打折扣，而這正是導(dǎo)致局部放電的關(guān)鍵所在。

2??? 開關(guān)柜受潮及絕緣性能下降的主要原因

2.1??? 開關(guān)柜受潮的主要原因

（1）開關(guān)室內(nèi)濕度較大，大量濕氣發(fā)生滲透，逐步轉(zhuǎn)至開關(guān)柜內(nèi)，提高了該裝置內(nèi)的濕度。變電站所在區(qū)域的氣候具有雨水較多的特點，加劇了開關(guān)柜的受潮程度。開關(guān)室兩側(cè)墻底部有通風(fēng)口，水汽從濕度較高的區(qū)域向濕度較低的區(qū)域發(fā)生轉(zhuǎn)移，在該流動路徑中部分水汽經(jīng)由通風(fēng)口轉(zhuǎn)至室內(nèi)，雖然室內(nèi)配備了兩臺空調(diào)用于除濕，但運行能力有限，除濕效率滯后于濕氣的涌入速度，并不能從根本上降低開關(guān)室內(nèi)的濕度[1]。此外，鎧裝開關(guān)柜采取非全密封的結(jié)構(gòu)形式，一些部位嚴(yán)密性不足，給濕氣的流動提供了通道，部分濕氣經(jīng)由縫隙等細(xì)微處進(jìn)入柜內(nèi)。

（2）電纜孔洞缺乏足夠的密封性，濕氣進(jìn)入開關(guān)柜內(nèi)。現(xiàn)場檢查結(jié)果顯示，開關(guān)室周邊土壤存在地表水且該部分的水位較高，而建設(shè)的電纜溝缺乏足夠的防水性能，導(dǎo)致電纜溝內(nèi)積水，隨著該現(xiàn)象持續(xù)發(fā)展，電纜有被積水浸泡的可能。開關(guān)柜的局部缺乏嚴(yán)密性（主要指的是進(jìn)出線孔洞處，嚴(yán)密性不足），難以充分發(fā)揮出密封防濕氣的作用，因此開關(guān)柜內(nèi)有源自于電纜溝的濕氣。

（3）母分開關(guān)保持熱備用狀態(tài)，該處及母分隔離間隔溫度比其他帶負(fù)荷間隔低，濕氣會在此類區(qū)域發(fā)生凝結(jié)，形成大量的水珠，濕度隨之增加。

2.2??? 開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備絕緣性能下降的主要原因

（1）絕緣材料受潮后導(dǎo)電離子數(shù)量增加，絕緣性能下降，并且在受潮程度加重時絕緣性能有更明顯的削弱跡象。

（2）開關(guān)柜采用環(huán)氧樹脂絕緣材料，相比于水，其介電常數(shù)較小，各介質(zhì)的場強與介電常數(shù)成反比的關(guān)系（場強的出現(xiàn)主要是由于現(xiàn)場存在交流電場）。絕緣材料受潮后，絕緣件各部分的實際受潮程度并非完全一致，存在輕度和重度兩個層次，兩者間的電場在運行時存在分布不均的情況，相比之下重度受潮更容易放電。

3??? 針對開關(guān)柜受潮放電以及絕緣性能下降的治理措施

在探明高壓柜受潮放電的具體原因后提出相應(yīng)的治理措施：

（1）優(yōu)化絕緣材料的性能，具體從絕緣能力和絕緣裕度的提升切入，在此方式下增強材料的憎水性。針對絕緣件的結(jié)構(gòu)做合理優(yōu)化，盡可能減少傘裙受潮的范圍，由此達(dá)到提高絕緣性能的效果。

（2）在開關(guān)柜內(nèi)適配除濕器，例如加熱器，通過此類裝置的應(yīng)用促進(jìn)濕氣的蒸發(fā)，類似地，在開關(guān)室內(nèi)配套性能穩(wěn)定可靠的除濕設(shè)備。在除濕配套化工作中重點考慮除濕率ω、滲入柜內(nèi)以及室內(nèi)的濕氣滲入率λ（此項參數(shù)的受擾因素較多，包含室內(nèi)外的濕度差、滲入口的風(fēng)速等），若ω>λ，柜內(nèi)濕度將會降低。因此，可以根據(jù)此規(guī)律合理調(diào)控，避免柜內(nèi)濕度過高的情況。

（3）提高電纜溝的防水性能也至關(guān)重要，能避免地表水滲入電纜溝內(nèi)。因此，在前期勘察、設(shè)計、施工等各階段均要高度重視電纜溝的防水性能，做好設(shè)計以及施工等相關(guān)工作，確保建成的電纜溝有較高的防水性能，從源頭上減少甚至完全避免滲水，降低電纜溝的濕度，最終達(dá)到避免開關(guān)柜內(nèi)濕氣量過大的效果。調(diào)整開關(guān)室的位置也是可行的方法，將其提升至變電站的二樓，根據(jù)開關(guān)室與電纜溝之間的位置關(guān)系增設(shè)合適尺寸的電纜夾層，采取此方法可減少電纜溝向開關(guān)柜內(nèi)滲入的濕氣量。

（4）針對開關(guān)柜柜門和電纜孔洞存在間隙的情況，應(yīng)切實提高其密封性，隔絕濕氣的流動渠道，以免柜外濕氣向柜內(nèi)滲入。適配可開合窗戶也是可行的方法，宜將其布設(shè)在開關(guān)室通風(fēng)口處，根據(jù)戶外的濕度對窗戶的啟閉狀態(tài)做靈活調(diào)整。例如，戶外濕度較大時隨即關(guān)閉窗戶，隔絕外界濕氣的滲入，避免開關(guān)室內(nèi)濕度異常偏高。

經(jīng)過高壓柜受潮放電的調(diào)查、原因分析、治理措施的制訂與落實等流程化工作后，最終形成一套相對完善的治理方案，針對各存在問題的部位采取了處理措施。經(jīng)一年的跟蹤監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，開關(guān)室、開關(guān)柜兩處的濕度均得到控制，分別約為50%、48%，無異常升高的跡象，且開關(guān)柜不再出現(xiàn)局部放電問題。此外，停電檢查結(jié)果顯示開關(guān)柜不再有受潮、老化現(xiàn)象。總體來看，開關(guān)室以及開關(guān)柜的濕度可控，運行安全性較好，效率較高，所采取的治理措施具有可行性。

4??? 結(jié)語

綜上所述，本文以某35 kV高壓柜受潮放電故障為例，沿著“檢測及數(shù)據(jù)描述→主要原因分析→治理措施制訂”的思路展開分析，介紹了該高壓柜受潮放電的主要異常狀況、原因及針對既有問題的治理措施，希望本文內(nèi)容可以給類似工程提供參考。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 張建設(shè).35 kV高壓柜受潮放電原因分析及治理[J].機電信息，2015（15）：67.

收稿日期：2021-07-26

作者簡介：劉源（1990—），男，河南永城人，工程師，從事高低壓電氣系統(tǒng)試驗調(diào)試方面的工作。