高压开关柜运行情况及状态检测调研报告全解.docx

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高压开关柜运行情况及状态检测调研报告全解

提高开关柜运行可靠性的技术措施调研报告

江苏省电力公司电力科学研究院

近年来，江苏电网发生了多起开关柜故障引起的停电事件，如村前变3５kＶ开关柜、雩横变３5ｋV开关柜、高皇变35kV开关柜爆炸、燃烧事故等,造成了重大的经济损失及不良的社会影响，由此引发了对提高开关柜运行可靠性的技术措施的广泛关注。

２０12年,省电科院设备状态评价中心多次赴国内主要开关柜生产厂商、状态检测仪器生产厂商及相关运维单位开展了广泛调研,深入了解、分析了当前高压开关柜解开关柜设备设计、生产、及运维过程中存在的主要不足，并有针对性地提出了改进措施,为提升我省开关柜运行可靠性、保障电网安全提供了重要的技术支撑依据。

一、开关柜常见缺陷及整改措施

通过对扬州供电公司、泰州供电公司、帕威尔电气公司及浙江七一电器具公司调研发现,国内电网目前3０．5kV开关柜缺陷主要集中在结构设计缺陷、加工工艺缺陷、装配工艺缺陷、选材错误等,分别针对以上问题提出整改措施。

1.1设计制造缺陷

（1）内部故障燃弧试验不满足反措要求

十八项反措要求开关柜各隔室均应通过相应的内燃弧试验,燃弧时间为0.５秒及以上内部故障电弧允许持续时间应不小于0.5秒，试验电流为额定短时耐受电流，对于额定短路开断电流３1.5kA以上产品可按照３1.5kA进行内部故障电弧试验。

目前江苏电网中仍大量运行着燃弧试验时间不满足新反措的要求,一旦发生击穿事故则会发生开关柜爆炸、火烧连云的现象。

（2）开关柜空气净距离不满足要求

十八项反措要求35kV开关柜外绝缘应满足以下条件：

空气绝缘净距离≥３０0mm，如采用热缩套包裹导体结构,则该部位必须满足上述空气绝缘净距离要求。

目前35ｋV开关柜的宽度为1.３　m-1.4m，除掉三相母排的宽度，理论上的空气净距已经不满足≥300mm的要求。

因此，制造厂商大量使用热缩套、绝缘隔板，如图１所示，这些复合绝缘材料存在较大的安全隐患。

图1开关柜因间距过小而内大量使用的绝缘隔板和热缩套

（3）触头盒、套管无屏蔽

部分开关柜断路器触头盒、套管未采用屏蔽结构设计,导致内部电场强度分布不均匀,易引发局部放电,长时间的放电导致绝缘材料电老化,最终导致击穿事故的发生，如下图所示。

（1）触头盒ﻩﻩﻩﻩ（２）套管

图1无屏蔽的触头盒及套管

改造措施:

采用带屏蔽的触头盒及穿墙套管。

加装屏蔽可有效消除电场集中问题,使电场分布均匀,延长触头盒、穿墙套管使用寿命。

图３及图４所示分别为待屏蔽的触头盒及穿墙套管结构图。

图3改进型设计的带屏蔽触头盒

图３改进型设计的带屏蔽穿墙套管

（4）相间绝缘隔板设计缺陷

目前,３5kＶ开关柜逐步实现小型化，由此造成柜内空气绝缘距离较小，为此，开关柜厂商增加了SMＣ绝缘隔板。

但是设计加装隔板时却存在结构缺陷，如：

1）由于相间绝缘板设计太长,伸入到电缆室触头盒相间搭接处,从而加剧了触头盒搭接处小缝隙之间的放电,如图１0所示；

2）绝缘隔板与柜体连接处存在小缝隙,造成局部放电，如图10所示；

图绝缘隔板太长

图10绝缘隔板与柜体连接处存在小缝隙

改造措施:

针对上述问题，

1）裁剪不必要的绝缘隔板；

2）增大绝缘隔板与柜体间的连接缝隙,避免存在悬浮电位缺陷。

（5）除湿设计缺陷

某些开关柜内加热除湿装置设计存在缺陷,不能及时有效排除柜内潮气，容易形成凝露，造成击穿事故。

改造措施：

加热装置的要求:

加热和去湿功能分离,去湿采用多点低功率常投方式，大功率手动投切的方式（苏州建议大功率采用温湿度控制器控制其投切）。

（6）母排设计宽度过宽

开关柜内母排设计过宽,导致相间距过小。

改造措施：

将100＊10单排母线换成6０＊10＊2双排母线。

（７）母排倒角不规范：

部分开关柜内母排倒角曲率半径过小，如图１1所示,易形成极不均匀电场，造成尖端电晕放电,在各种环境因素的长期作用下,发生一系列的化学和物理变化,导致电气性能劣化,铜排尖角和边缘处及触头盒内壁有明显的放电痕迹；

图11　不规范倒角引起的放电

改造措施：

对铜排进行按规范倒角处理,　铜排加工面进行镀银或搪锡处理。

圆角处理后效果如图1２所示。

图12　规范倒圆示意图

１.2装配工艺缺陷

（１）柜内部件与设计位置有偏移

由于安装工艺为管控到位,部分开关柜内部件与设计位置有偏移,如穿墙套管中母排搭接位置不妥,而且母排不居中，搭接位置的金属尖端紧挨套管内壁，如图15所示。

图15穿墙套管中母排不居中

改造措施:

1）根据图纸，重新装配,并在完工后进行细致检查。

（2）柜内部件未紧固到位

部分开关柜内部件,如ＳMC绝缘隔板、各类紧固螺栓等，由此造成悬浮电极缺陷，进而产生放电,长期运行对设备运行状态造成重要影响。

改造措施:

1）使用力矩扳手,对各紧固螺栓进行紧固，并进行细致检查。

1.3选材错误

该类缺陷集中在复合绝缘材料的选型，主要是热缩套、绝缘隔板等。

（1）复合绝缘材料寿命较短

热缩套选型错误，其寿命较短，运行一段时间老化严重，导致局部放电,甚至发生击穿事故。

改造措施：

更换所有开关柜内的热缩套管，采用美国瑞侃的热缩材料。

（2）复合绝缘表面憎水性较差

某些SＭC绝缘板表面憎水性较差。

当柜内潮气增大时，容易发生放电,导致绝缘隔板加速老化。

改造措施:

1）选用憎水性较强的绝缘材料;

2）表面涂抹憎水材料；

3）SMC绝缘板边缘采取防潮措施。

（３）部分SＭC隔板阻燃性较差

经试验验证,满足V0级阻燃要求的SMC绝缘板在点燃后，将剧烈燃烧,且不可自行熄灭，阻燃性能堪忧。

改造措施：

建议提高开关柜内绝缘材料的阻燃要求，采用新型绝缘材料。

1.4其他缺陷

（1）运行环境污秽严重

变电站所在地区污染严重，柜内元器件表面积污严重，如图１7所示，导致泄漏电流增大,易加速外绝缘有机材料老化，最终导致击穿事故的发生。

图１７内部积污严重

改造措施：

1）定期清扫积污；

2）适当采用密封措施,提高开关柜防护等级，防止灰尘进入柜体。

（2）运行环境湿度大

某些开关柜内湿度较大，加之环境温度变化时，会产生凝露现象,易发生放电现象。

另外金属元器件会发生锈蚀,产生安全隐患,如图18所示。

图１8母排连接处锈蚀

改造措施：

1）裸露导体采取防锈措施；

2）采取适当的加热除湿措施。

二、开关柜运维及整改措施

2012年10月,省电科院设备状态评价中心专业人员赴泰州供电公司就提高开关柜运维可靠性相关技术进行了交流座谈，期间重点调研了开关柜运维、试验、检修等相关情况。

并与变电运维班组人员在１１0kＶ古马变对3５kV开关柜进行了现场带电检测，泰州公司变电运维工区副主任曹静、副主任张泽、泰州公司运维检修部开关专职李勇、相关班组人员、有关高校、设备厂家技术人员参与了此次交流。

。

（1）巡视周期:

目前未对35kV开关柜的巡视周期做出明确要求,仅对真空断路器和充气柜的红外检测周期做出了规定，真空断路器为3个月，充气柜为６个月。

目前在迎峰度夏期间,基层单位巡视周期一般为1个月，负荷高时为６天左右。

（2）巡视内容：

根据开关柜状态评价相关标准，运行巡视内容主要包括：

整体状态观察、外观检查、指示灯指示状态、表计显示、接地连接、柜内照明及风机运行状态等内容。

其中整体状态检查主要针对异响和异味，当运行人员发现开关柜内存在异响或开关柜室内有异味,其根据主观判断声音的大小和异味的轻重来告知检修人员开关柜的运行状态,检修人员再根据巡视人员的描述,决定是否立即赶往现场检测。

就检修人员的配置而言,因没有有效检测开关柜内部放电的仪器,一般根据经验判断是否停电处理。

（3）状态检测工作情况:

目前我省未有效开展开关柜带电检测工作,主要原因是各单位配置的开关柜带电检测仪器较少，且状态检测试验数据管理不规范;有的单位虽开展状态检测工作,或将检测工作外包,但对检测数据缺乏管理,未深入开展开关柜状态评价工作,导致不能及时发现缺陷。

（4）检修情况:

由于开关柜涉及到配网供电可靠性,很难长时间、大面积停电处理,一般仅对放电声音较大的个别开关柜进行积污清扫等简单的处理工作。

10月９日,省电科院设备状态评价中心专业人员赴泰州供电公司就提高开关柜运维可靠性相关技术进行了交流座谈,并与变电运维班组人员在110kＶ古马变对35ｋＶ开关柜进行了现场带电检测,泰州公司变电运维工区副主任曹静、副主任张泽、泰州公司运维检修部开关专职李勇、相关班组人员、有关高校、设备厂家技术人员参与了此次交流。

我院首先介绍了开关柜巡检仪器的调研情况，包括目前使用较为广泛的红外测温技术、TEV局部放电检测技术、超声波局部放电检测技术、超高频局部放电检测技术和紫外成像检测技术等,进而提出了研制适用于运行人员巡检使用的多合一巡检仪、设计开关柜检测数据管理系统的构思。

参与调研的泰州供电公司和电科院就开关柜运维、试验、检修等开展了广泛交流，讨论内容如下:

1、当前开关柜巡检及检修情况

目前开关柜巡视周期一般为6天，没有配置专门针对开关柜的巡检仪器，仅有的仪器为红外测温仪,且红外测温仪需要开关柜配合安装红外玻璃才能实现检测。

运行巡视内容主要包括:

整体状态观察、外观检查、指示灯指示状态、表计显示、接地连接、柜内照明及风机运行状态等内容。

其中整体状态观察主要包括异象和异味观察,当运行人员发现开关柜内存在异响或开关柜室内有异味，根据个人主观判断声音的大小和异味的轻重来告知检修人员开关柜的运行状态，检修人员再根据巡视人员的描述,决定是否立即赶往现场检测。

就检修人员的配置而言，也没有有效地检测开关柜内部放电的仪器，一般根据经验判断是否停电处理。

由于开关柜涉及到配网供电可靠性，很难长时间、大面积停电处理，一般仅对放电声音较大的个别开关柜进行积污清扫等简单的处理工作。

２、开关柜红外检测相关工作的开展情况

泰州供电公司在迎峰度夏期间,全站的红外测温周期为1个月,负荷高时一般为6天左右。

针对开关柜的红外测温工作没有相关的规定，是因为开关柜为金属铠装封闭结构,要对其进行红外测温,就需要对金属柜体进行改造，在柜体上开窗加装红外玻璃。

２011年，泰州公司选用了２0多面开关柜试点加装红外玻璃，从目前应用情况来看，应用效果一般，主要原因为:

（1）红外玻璃虽然对红外线有透射作用，但仍有一定的阻碍性,并且检测经验发现红外检测仪的检测镜头与红外玻璃之间的夹角对检测效果影响较大，且检测温度与实际温度有所偏差。

红外玻璃窗的直径越大,检测效果越好，但这与开关柜柜体的防爆要求相互矛盾。

（2）通过红外玻璃窗所能检测的部位不是最为重点关注的地方。

红外玻璃一般装在电缆室和母线室，通过玻璃仅能观察到电缆接头、导体连接排接头等不活动的金属连接，这些部位的连接螺栓若紧固力矩到位，一般不会发生过热现象,即使发生过热,进行处理后一般不会重复发生。

开关柜内部发热危害最大的部位是触头盒的内部经常插拔的部位，会由于触头接触不到位或弹簧触指疲劳接触不紧密而发生过热,这些部位均被触头盒的绝缘外壳包围着,无法通过红外热像仪直接进行检测。

３、运维单位对开关柜运行维护的建议与要求

（1）对带电巡检仪便携性的要求

由于运行巡视人员要进行红外测温等其他巡检工作,一般以两人为一组,携带仪器较多，因此开关柜巡检仪要求体积尽可能小、所有检测项目尽量集成在一起,不需要对探头进行细分,最好一个探头能够将所有检测传感器集成在一起,且巡检仪也同时能够用于检测站内其它设备。

（2）对带电检测巡检仪简便操作的要求

巡检仪在开机后参数设置尽可能简单，最好将参数设置事先固化，在现场无需设置就可以直接使用，提高检测效率。

在检测数据显示方面，最好仅显示能够反映开关柜运行状态的关键检测量,对于非关键检测量、辅助检测量和必要的图谱在需要时要同样能够调看,以供技术骨干等人员查看。

当检测到异常信号时，仪器能够给出开关柜内部缺陷严重程度的初判结果，并设置告警限值,提高现场异常情况判断效率。

同时在检测到超过阈值的信号时，最好能够辅以颜色和声音信号,来提示巡检人员。

（３）通过研究,给出开关柜的带电巡检周期,并由省公司出台相关的专业管理规定、规范、作业指导书等。

开关柜带电巡检周期最好能够与红外巡检相配合,提高巡检效率。

（一）开关柜存在的主要问题及整改措施

（二）开关柜运维工作存在的主要问题及整改措施

（三）开关柜状态检测仪器

（四）开关柜状态检测新技术研究