海島110kV變電站開關柜的應用優化研究

廣東電網有限責任公司珠海供電局 肖鍶睿

1 引言

海島變電站開關柜在實際的運行過程中，受海島環境以及季節交替等因素的影響，若開關柜出現事故時，不僅會導致電能輸送中斷，還會安全事故導致設備故障。某110kV 海島變電站承擔著大陸主電網與各海島配電網，讓海島居民享受同網同價的福利。為此，本文對海島35kV變電站開關柜的應用優化、安全運維展開討論。

2 海島110kV 變電站開關柜的常見運行異常

在海島變電站35kV 開關柜的正常運行過程中，濕度過高、鹽分附著是影響開關柜正常運行的主要因素。造成開關柜運行隱患主要因素是海島變電站建筑物密封不嚴，缺少防潮隔離措施[1]。在長時間濕度過高、鹽分附著的影響下，35kV 開關柜內逐漸出現局部放電現象，內部絕緣部件絕緣性能下降，開關柜表面油漆逐漸生銹進一步影響開關柜密封，影響開關柜安全穩定運行。

3 海島35kV 變電站開關柜的運行異常原因分析

3.1 環境因素

海島變電站四面環海，濕度高、鹽分附著影響嚴重，海島變電站開關柜運行環境惡劣。2022年4-5月濕度曲線如圖1所示。高壓室內空調與抽濕機不間斷運行的情況下，濕度依然有接近甚至超過60%的情況，這主要原因是由于冬春交替季節變化導致濕度上升造成。

圖1 2022年4～5月濕度曲線

開關柜中的絕緣子起到帶電導體的支撐作用，長期在高鹽高濕的環境運行下，內部逐漸附著鹽分，產生局部放電現象。若局部放電長期發展，將會對絕緣子的絕緣能力產生影響[2]。此外，開關柜外部金屬殼在潮濕的環境下也容易生銹，造成表面油漆發脆容易脫落，如圖2所示。

圖2 開關柜受潮影響情況

開關柜的外殼油漆布滿生銹的麻點。在內部絕緣子支撐瓷瓶表面布滿鹽分，螺絲生銹產生碎屑脫落。因此，開關柜的運行環境對開關柜影響開關柜內絕緣情況，需要時刻關注高壓室內的濕度情況，避免局部放電進一步發展。

3.2 高壓開關室設計問題

海島變電站的設計沿用常規變電站設計，在高壓室的建設時候并未針對海島運行環境進行優化，未針對性進行高壓室的密封設計，隔離高鹽分與潮濕空氣進入。在除濕設備方面，亦未安裝海島專用的空調，故障失效之后起不到有效的除濕作用[3]。

開關柜出線海底電纜，島上電纜層在海平面以下，潮濕空氣通過站外電纜溝至電纜層侵入開關柜內。高壓室地下電纜層與站外電纜溝之間未做密封處理，無法隔絕潮濕空氣攜帶鹽分侵入。

4 實際局放異常案例測試分析

4.1 測試背景

2020年4月19日某公司在海島變電站35kV 開關柜日常局放測試中，發現328、315開關柜母線室有局放信號，已聯系廠家將于次日攜帶超聲波局放成像儀到場進行精準測試與分析。

4.2 測試情況

2020年4月21日，對35kV 開關柜局放異常進行現場復測，共發現4處明顯局放信號，使用英國EA及上海華乘T90局放儀測試結果與廠家所帶來的超聲波局放成像儀一致。

對35kV 備用線315開關柜進行檢測，發現該柜母線室存在明顯的超聲波信號，信號幅值介于22～30dB，信號穩定且持續，判定柜子中后部存在放電現象。35kV 備用線315局放點如圖3所示。

圖3 35kV 備用線315局放點

對35kV 備用線328開關柜進行檢測，發現該柜母線室有明顯且持續穩定的超聲信號，信號幅值介于24～30dB；對35kV I、II 母聯絡母線也有明顯的超聲波信號，信號幅值介于9～11dB，存在局放現象；對35kV 海東線327開關柜進行檢測，發現該柜后下部電纜室內部存在明顯的超聲波信號，信號持續穩定，幅值介于13～18dB。35kV 備用線328局放點如圖4所示。

圖4 35kV 備用線328局放點

4.3 測試總結

一是本次測試共發現明顯局放點4個，其中35kV 備用線328開關柜母線室、35kV 備用線315開關柜母線室超聲波局放信號較大。

二是開關柜母線處于開關柜的中部，日常運維無法直接測試，兩個局放信號較大點均為邊柜，35kV I、II 母聯絡母線是處于邊位，容易檢測及發現異常，其他非邊位開關柜的母線可能同樣存在放電也難以被發現。進入35kV 開關柜室內時會立刻明顯聞到臭氧味，說明里面應該有明顯放電現象，初步判斷開關柜放電位置不止一處。

4.4 放電機理分析

綜合35kV 海桂線C 相線路側絕緣過低耐壓排查過程出現的放電情況、停電更換海桂線袖套處理時發現袖套內引接銅排存在銅綠銹、母線處理過程中發現絕緣袖套及絕緣擋板表面粘附鹽分較多及快速凝露、母線耐壓過程中母線對袖套及絕緣擋板間隙放電等情況，如圖5所示。

圖5 35kV 海桂線內部受潮情況

造成開關柜內產生局部放電的原因是高壓室內濕度大且鹽分高，潮氣凝露、鹽分粘附在絕緣袖套及絕緣隔板上而致其絕緣下降導致放電。當設備運行溫度升高，凝露消失導致放電減小或消失，絕緣件上所累積鹽分隨著增長而增多，其放電必然增多。當設備停電后產生凝露，恢復送電時容易閃絡[4]。

因此，引起室內設備凝露及積鹽的根本原因是該高壓室防潮措施不足，依靠空調無法起到防潮作用，高壓室內無專用抽濕裝置且通風口密封不嚴，開關柜自身有縫隙，潮濕空氣、鹽分容易通過開關柜地板的接縫處入侵其內，并逐步擴散至柜內各處。

5 開關柜解體大修與高壓室防潮改造

由于海島潮濕環境，決定對35kV 高壓室進行改造。一是斷路器室的二次電纜進線孔和電纜室的增加封板，以防止潮氣從電纜溝進入；二是在開關柜內各隔室頂部開百葉窗通風孔，柜內加裝防凝露除濕裝置及抽濕裝置；三是開關柜內部改造，更換不滿足要求絕緣配件，取消絕緣檔板；四是對新安裝絕緣件的縫隙涂刷PRTV 進行填充，以保證等電位聯接。開關柜改造如圖6所示。

圖6 開關柜改造

根據施工方案，需要對24面開關柜內的零部件進行更換，對35kV 母線進行輪停，工期前后共計10d。更換完成后對檢修的母線設備進行母線絕緣電阻測量，母線交流耐壓試驗及局放測試。在現場施工過程中，對開關柜進行拆解后發現，穿墻套管絕緣子上附著大量的鹽分。在鹽分與潮濕空氣的作用下，金屬導體表面有嚴重的生銹痕跡，并且發現局部放電的痕跡。同時，還對高壓室大門進行改造更換，在原有大門前加裝防潮門，減少開關門時候的空氣交換，進一步減少潮濕空氣進入35kV 高壓室。

6 結語

電力設備運行環境中的潮濕、積鹽是影響海島電氣設備穩定運行主要因素，在封閉式結構的開關柜內，柜內空氣流動性差，濕氣易凝結，而且高壓開關室與電纜溝密封不嚴也會導致濕氣沿縫隙進入設備內，從而出現在絕緣介質受到高壓作用時導致出線絕緣性能下降，出現局部放電現象。