对开关柜的绝缘性能进行分析与绝缘故障诊断, 是实现开关柜电气设备状态检修的前提, 同时也是确保开关柜电气设备高效稳定节能经济运行的重要保障工作。从大量工程实践经验可知, 35k V中压开关柜设备所发生的故障绝大多数都与设备绝缘问题有关。开关柜在运行过程中, 其内部电磁环境十分复杂, 在电应力作用下会引起开关设备发生绝缘劣化等不利问题, 导致设备单元绝缘性能下降, 尤其在机械力、热、以及电场等因素的共同作用下, 最终会使开关柜绝缘性能下降演变为绝缘性故障。据一些统计资料表明, 由于开关柜绝缘劣化下降引起的事故台次大约占整个开关设备总事故台次的68%左右, 事故总容量高达74%以上。为了降低少开关柜发生绝缘故障太次, 减少停电次数并降低设备检修维护成本和费用, 对开关柜绝缘性能劣化的原因进行归纳总结, 并结合实际工作经验, 有针对性的提出提高开关柜绝缘性能的技术措施, 提高开关柜具有较高的绝缘性能水平, 确保35k V中压开关柜安全稳定、节能经济的高效运行, 就显得非常有理论研究和工程实际应用意义。
35k V中压开关柜的绝缘方式, 按照其布设位置大致可以分为柜内空间绝缘和内部组件绝缘两种方式[1]。
35k V中压开关柜柜内空间的绝缘方式最普遍的是采取空气作为柜内空间的主要绝缘介质, 即带电体对地及相间均以空气作为绝缘介质。如供配电系统常用的半封闭式开关柜、金属封闭式开关柜均是以空气作为开关柜内部空间绝缘媒介。适用于环境条件较为恶劣场所的35k V中压开关柜, 其柜体内部通常采用SF6气体作为带电体对地及相间绝缘的绝缘媒介。
内部组件的绝缘方式主要是采用先进的绝缘材料, 如陶瓷、塑料、橡胶、玻璃等绝缘材料。随着科学技术的进一步发展, 特种塑料在35k V中压开关柜绝缘领域等到广泛的推广应用, 其可以大大提高开关柜的绝缘性能水平。
空气绝缘技术就是以空气为绝缘主体, 在开关柜内部可能放电路径上设置环氧树脂等固体绝缘隔板, 以缩短开关柜最小放电间隙。
以接近大气压的低压SF6绝缘气体来实现绝缘的绝缘技术, 和空气绝缘一样, 即在放电路径上插入固体绝缘隔板。35k V中压开关柜通过SF6绝缘气体和固体绝缘隔板的复合化, 可以使开关柜设备体积缩小到空气绝缘开关柜体积的1/3左右。
固体-气体-真空 (S-G-V) 复合绝缘技术, 是一种新型的复合绝缘技术, 需要有机结合灭弧理论、散热技术、解析技术、耐热技术、以及电力电子理论等诸多绝缘技术基础理论, 同时还需攻克绝缘材料、施工工艺等技术难关, 所以目前在工程实践中尚未进行大批量的投入使用, 还有待进一步加深研究。
开关柜是供配电系统中使用极为广泛、数量极多的供配电设备。在诸多不同性能类型的开关柜事故中, 绝缘事故是10k V及以上电压等级开关柜最为常见的事故, 其所造成的后果非常严重, 往往会由1台开关柜出现绝缘事故, 从而引起相邻其它开关柜也出现事故。引起35k V中压开关柜开关柜发生绝缘事故主要包括绝缘结构设计不合理、制造工艺较差、开关接点容量不足、运行维护措施不到位、以及雷击过电压等原因。
由于开关柜内部结构设计不合理, 造成开关柜出现爬距及空气间隙不够等是开关柜发生绝缘损坏事故的主要原因。尤其对于手车式开关柜而言, 在开关柜结构设计时, 为了缩短柜体尺寸, 其内部元件间布置相对较为紧凑, 制造厂家往往大幅度地缩减断路器、隔离插头等元件间的相间距离或对地距离, 同时并没有采取合理有效的加强绝缘措施, 造成开关柜在运行过程中, 其实际绝缘安全距离等不到有效保证, 从而造成开关柜绝缘性能快速劣化, 严重时造成开关柜发生爆炸、烧损等恶性事故。
开关柜制造质量和装配质量对35k V中压开关柜设备的整体耐压水平有着非常大的影响。如生产工艺不合理、制造质量不达标等可能造成开关柜内部单独元件可以通过耐压试验, 但整体性能却不能达标等。实际开关柜制造过程中出现的紧固螺丝装配质量问题, 往往会引起紧固螺丝布设不规则, 拧紧后的螺杆长出部位大大超标;有的支柱绝缘子在紧固安装时, 在底板装配成“丁”字型, 这样大大缩短绝缘子间的安全绝缘距离, 同时还会引起开关柜内部电场发生局部集中, 导致开关柜发生故障。另外, 支柱绝缘子制造质量差, 生产工艺不合理, 会大大降低开关柜整体绝缘性能和运行稳定性, 尤其在短路电流的冲击下, 可能发生炸裂等问题, 进而造成严重事故发生和事故的扩大。
由于设计或制造质量等造成的开关柜接点容量不足, 以及设备装配造成的接点接触不良, 开关柜在运行过程中可能发生在接点处剧烈发热起火等事故。当开关柜接点容量不足或接触不良时, 其在运行过程中该处局部温升效应会十分明显, 严重时会烧损该处的载流部件, 进而引起开关柜发生对地或相间出现闪弧问题, 造成开关柜发生绝缘闪络故障, 严重是会扩大为绝缘事故。
良好的运行环境条件是开关柜具有较高运行安全性、稳定性、经济性的重要保证条件。开关柜运行维护措施不到位引起运行环境较差是导致开关柜发生绝缘闪络故障的主要原因。如:当污秽和潮湿两个因素同时存在开关柜绝缘子表明时, 灰尘就会附着在绝缘子表面, 很容易引起开关柜发生污闪事故。运行维护措施不到位, 使得开关柜内部的安全隐患不断演变成故障或事故, 大大降低开关柜运行安全可靠性。
在供配电系统中, 由于雷击放电引起的过电压导致开关柜发生爆炸的事故时有发生。从雷击过电压原理和破坏因素来看雷击过电压大致可以分为直击雷过电压和感应雷过电压两大类, 雷击过电压可能造成开关柜发生严重的闪络事故, 进而破坏开关柜绝缘性能水平, 降低开关柜运行安全可靠性。
对于35k V中压开关柜而言, 为了提高其运行安全稳定水平, 就需要采取有效的技术措施, 大大提高开关柜绝缘性能水平, 确保其开关柜安全稳定、节能经济的高效稳定运行。在开关柜生产制造过程中, 尤其应注意开关柜绝缘性能水平的提高技术措施的合理采取, 以减少或避免开关柜在运行中发生绝缘事故, 同时还需要加强开关柜在日常运行过程中的检修维护力度, 其具体的技术措施大致可以归纳为以下几点[2]。
(1) 在开关柜生产过程中, 严格执行GB/T311.1-1997《高压输变电设备的绝缘配合》中的耐受电压技术标准和DL/T593-1996《高压开关设备的共用订货技术导则》中的最小空气绝缘距离和爬电比距的相关技术标准, 确保开关柜制造生产具有较好的绝缘性能指标。
(2) 在35k V中压开关柜开关元件生产配方、制造、以及生产工艺中, 除了要选用35k V中压开关柜专用配件方面外, 还要广泛采用具有优良阻燃性、憎水性的元件制造原材料, 尤其应更广泛地选用新型配方、高性能的环氧树脂绝缘材料, 在不增大开关柜内部空间体积的机场上, 设计、制造、装配大爬距的绝缘元配件。
(3) 对于35k V中压开关柜生产过程中, 建议对开关柜外绝缘在凝露条件下进行耐压试验, 使开关柜绝缘具有较好的适应环境条件性能, 确保其在运行过程中具有较高安全稳定性能。
(4) 采用热缩橡胶严密包扎35k V中压开关柜内的带电元件, 可以有效提高开关柜的整体运行安全稳定水平。采用严密包扎后, 不仅可以有效防止开关柜内部带电裸露对人身伤亡带来的危险, 同时可以盐雾污闪以及有害气体对开关柜内部导电铜排或铝排的腐蚀, 有效提高开关柜绝缘性能水平。
(5) 优化开关柜元件制造和生产工艺结合元件复合化 (组合式) 设计及元件集中化装配技术措施, 设计出完善匹配的开关柜绝缘方案, 如目前KYN开关柜中的互感器套管触头盒、绝缘子等就是采取组合结构所需的绝缘配合来提高开关柜内部绝缘性能水平。
(6) 应充分注意开关柜内部开关元件的匹配选择搭配, 尤其是电压 (电流) 互感器, 要选伏安特性好的优质产品, 应选用绝缘性能好、防火性能优越的隔板。
(7) 在开关柜装配过程中, 严格执行相关安装技术规范标准, 加强开关柜生产维护质量监控管理力度, 防患于未然。35k V中压开关柜内部金属骨架及其安装在柜内的高压电器组件的金属支架, 应按照相关安装技术规范标准进行严格接地处理, 与专门的接地导体间应连接牢固。
(8) 要净化35k V中压开关柜运行环境封堵工程实际安装过程中可能存在的孔洞, 严防潮气和小动物等进入到开关柜内部, 造成开关柜绝缘性能下降。对开关柜设计的通风窗和抽风机隔间, 应加装网栅或滤网, 减少进入开关室内部尘埃量, 净化通风;对容易受潮的开关室应加装热能灯或去湿装置, 提高开关柜内部元件的绝缘性能。进出开关柜电缆孔、柜孔等应采取阻燃料或倒漏斗型密封元器件进行封填, 以防止潮气和小动物进入开关柜。应制定完善的开关柜检修维护计划制度, 并在实际工作中, 加强各项技术措施的落实力度, 做到逢停必扫, 强化运行维护体系, 确保开关柜绝缘始终保持良好状态。
在35k V中压开关柜生产制造过程中为了减少开关柜绝缘事故发生频率, 往往需要采取有针对性的技术措施, 有效提高开关柜设备绝缘水平提高, 使其具有较好的运行性能水平, 确保其安全可靠、节能经济的高效运行。
摘要：在分析了35kV中压开关柜绝缘方式与复合绝缘技术后, 从生产、制造、装配、运行维护等方面, 对造成35kV中压开关柜发生绝缘事故的主要原因进行详细的归纳总结。最后, 结合实际工作经验, 对提高35kV中压开关柜绝缘性能的技术措施进行了详细分析研究。
关键词：35kV中压开关柜,绝缘性能,成套电气装置
[1] 熊舟.中压开关柜的绝缘方式与趋势[J].大众用电, 2002 (6) :17.
[2] 王隽, 焦洪峰.中压开关柜绝缘方式和绝缘标准的探讨[J].电气技术, 2008 (7) :83～86.
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