某35kV开关柜局部放电及受潮的原因分析

某35kV开关柜局部放电及受潮的原因分析

林根德，陈达，黄继来，叶隆，张海龙，郑娟娟

(国网浙江省电力公司温州供电公司，浙江 温州 325000)

摘 要：针对某开关柜运行中多个间隔局部放电数值超标的现象，对开关柜内设备进行停电检查及绝缘性能试验，分析了开关柜自身结构及其运行环境中存在的薄弱因素，建立了开关柜受潮过程的模型，研究了设备绝缘性能下降的机理，并提出了更换老化、受潮绝缘件，在开关柜内安装加热器、除湿机，增强电缆沟防水性及电缆孔洞密封性等改进措施。经过一年的跟踪监测，开关室内的湿度保持在50%左右，开关柜内的湿度保持在48%左右，未发现开关柜内设备局部放电及受潮、老化现象，设备绝缘性能良好。

关键词：开关柜；局部放电；受潮；绝缘性能

中图分类号：TM591 文献标识码：B 文章编号：1007-3175(2017)08-0039-04

Causes Analysis of Partial Discharge and Damp for

Certain 35kV Switchgear

LIN Gen-de, CHEN Da, HUANG Ji-lai, YE Long, ZHANG Hai-long, ZHENG Juan-juan（State Grid Zhejiang Whenzhou Electric Power Company, Wenzhou 󰀳25000, China）

Abstract: In allusion to the overproof standard phenomenon of multi-interval partial discharge, the equipment inside the switchgear was carried out the power-off examination and insulating property test. This paper analyzed the weakness factors existing in the structure of switchgear itself and its operating environment, established the model of switchgear damp process and studied the mechanism of insulating property degradation. This paper proposed the improvement measures, such as changing aging and damp insulating parts, installing heaters and dehumidifiers, enhancing cable ducts waterproofness and cable void leakproofness etc. after one year’s tracking monitoring, it is found that the humidity inside switch rooms keeps about 50%, the humidity inside switchgear keeps about 󰀴8% and the equipment inside the switch-gear has no partial discharge, damp and aging, with good insulating property. Key words: switchgear; partial discharge; damp; insulating property

0 引言

近年来，随着带电测试技术的推广应用，发现变电站内高压开关柜局部放电(下面简称局放)现象愈来愈多。局部放电将逐步损坏绝缘材料的绝缘性能，尤其对开关柜内的固体绝缘，绝缘性能破坏后是不可逆转恢复的。长期存在的局部放电现象将是影响开关柜安全运行的安全隐患。多个变电站的开关柜因局部放电超标在停电更换绝缘件之后数月内再次出现局部放电、受潮、绝缘性能下降的情况引人深思。研究开关柜内局部放电、受潮的原因，对提高开关柜内设备绝缘性能，延长电气设备使用寿命，提高供电可靠性有重要意义[1-3]。

本文基于一起开关柜运行中局部放电数值超标的案例进行分析，停电检查发现该开关柜内受潮、绝缘性能下降，分析了其受潮的原因及机理，并提出了相应的改进措施。

1 开关柜局放数据超标及检查

1.1 带电测试发现开关柜局放数据超标

某220kV变电站35kV开关柜安装在室内，采用金属铠装外壳和手车式开关结构，主变经穿墙套管进柜采用铜排形式，后柜出线采用电缆出线形式。该35kV电气主接线为单母分段接线，#1、#2主变35kV开关分别带35kVⅠ段、Ⅱ段母线，两段母线由一台母分隔离和一台母分开关连接，其中母分开

作者简介：林根德(1987- )，男，工程师，硕士，从事输变电设备电气试验工作。

󰀳9

电工电气 (20󰀱7 No.8)关平常处于热备用状态。

在某次例行带电测试中发现该开关柜局部放电数值异常，测试时开关室内温度12℃，湿度70%，室内两台空调处于除湿工作模式。检测人员对开关柜前柜门、后柜门和侧柜门进行暂态地电压(TEV)和超声局部放电检测，室内有一股臭氧的气味。部分暂态地电压检测数据如表1所示，部分超声局部放电检测数据如表2和表3所示，并与6个月前的检测数据进行比较。

表1 暂态地电压局部放电数据

dB

位置前柜门后柜门本次6个月前本次6个月前背景

5353#1主变35kV开关123103#1接地变开关174163母分开关223184母分隔离213183#3电容器开关

163

154

表2 超声局部放电数据(前柜门)

dB

位置

幅值频率成分1频率成分2本次6个月前本次6个月前本次6个月前背景-2-30000#1主变35kV开关8-30010#1接地变开关8-21010母分开关11-33030母分隔离10-33020#3电容器开关7-32010

表3 超声局部放电数据(后柜门)

dB

位置

幅值频率成分1频率成分2本次6个月前本次6个月前本次6个月前背景-3-30000#1主变35kV开关6-20000#1接地变开关7-31010母分开关8-21020母分隔离8-22020#3电容器开关6-31010

表1、表2和表3中数值的单位为分贝(dB)，与检测仪器测量值的单位相同。表2、表3中的超声局部放电数据以幅值、频率成分1、频率成分2三部分表示。其中，幅值表示超声局放数据的强度，频率成分1、频率成分2与放电类型有关，尖端放电时局放信号中存在频率成分1，悬浮电位体放电和空穴放电时局放信号中存在频率成分2，其数值随着放电信号的增强而增大。

由表1、表2和表3可知，本次暂态地电压和超声检测数值明显大于背景值，且较6个月前的显󰀴0

某35kV开关柜局部放电及受潮的原因分析著增大。多个间隔检测数值超过《电力设备带电检测技术规范》规定的暂态地电压幅值应小于20dB，超声幅值应小于8dB，且超声检测中存在频率成分1和频率成分2的数值，其中母分开关和母分隔离间隔局放数值比其它间隔大。表明该开关柜内存在局部放电情况，其中母分开关和母分隔离间隔局部放电情况比其它间隔严重。1.2 开关柜停电检查

将该开关柜Ⅰ段母线改为检修状态进行停电检查，发现多个间隔的手车开关动触头存在受潮氧化的铜绿，多个开关套筒内静触头有放电痕迹，母分开关静触头的环氧树脂绝缘套筒壁上有水珠附着。打开电缆沟盖板，发现电缆沟内存在积水现象，部分电缆被积水浸泡。测量开关柜内各个电气设备的绝缘电阻，其中检查出母线及开关静触头绝缘性能异常，其绝缘电阻如表4所示。

表4 母线及开关静触头绝缘电阻

MΩ相位

本次

表面未清洁前

表面清洁干燥后

6个月前A相

15303100270000B相15103600300000C相

1380

3000

310000

由表4可知，母线及开关静触头绝缘电阻数值较上次试验数据显著下降。

对A、B、C三相母线依次进行交流耐压试验，A、C两相母线耐压过程中多个开关柜内在电压升到35kV开始出现较大的“吱吱”异常声响，B相母线在60kV电压下母分开关静触头对地放电。因此三相母线未通过规程规定的76kV电压下的1min耐压试验，表明母线或开关静触头套筒绝缘性能较上次已显著下降。

由上述带电测试和停电检查试验结果可知，开关柜内部受潮，设备绝缘性能下降，导致其在运行中产生局部放电。

2 开关柜受潮及绝缘性能下降的原因分析

2.1 开关柜受潮的原因分析

针对该开关柜整体受潮，尤其母分开关及母分隔离间隔严重受潮的现象，本文研究分析发现主要有以下几个方面的原因。

1)开关室内湿度较高，湿气从开关室内渗入至开关柜内。该变电站所处的区域雨水较多，气候

某35kV开关柜局部放电及受潮的原因分析潮湿。在开关室东西两侧墙的底部布置有若干个通风口，由于在连通的环境中，水汽从湿度高的区域渗入至湿度低的区域，因此室外环境中的水汽可通过这些通风口流入室内，室内两台空调除湿能力有限，未能降低开关室内的湿度。该金属铠装开关柜非全密封，因此开关柜外的湿气可通过金属柜门间的缝隙和孔洞等处渗入至柜内。

2)电缆孔洞密封不严，电缆沟内积水，导致湿气进入开关柜内。该开关室周围土壤中地表水水位较高，电缆沟局部防水性能不佳导致电缆沟内积水，部分电缆被积水浸泡。开关柜底部电缆进出线孔洞封堵不严，未能起到密封防湿气作用，导致电缆沟内湿气进入开关柜内。开关柜湿气渗入图如图1所示。

M开关柜内开除湿机关室室外湿气内湿气电缆沟图1 开关柜湿气渗入图

3)母分开关长期处于热备用状态，运行中母分开关及母分隔离间隔温度较其它带负荷间隔低，导致湿气容易在母分开关及母分隔离间隔凝结成水珠。当开关柜内设备带负荷运行时，负荷电流流经柜内电气设备会产生热量，使得开关柜内温度上升，有助于水汽的蒸发。母分开关处于热备用状态，使得母分开关及母分隔离间隔无负荷电流经过，与其它带负荷运行的间隔相比其温度较低。因此，当邻近间隔蒸发的热湿气从穿板套管进入母分开关与母分隔离间隔，水汽容易在温度较低的母分开关及母分隔离柜内凝结成水珠[4-7]。母分开关及母分隔离间隔湿气流向图如图2所示。

#1#1电母母接容分分地器隔开变开离关开柜关关外湿气湿气电缆沟图2 母分开关及母分隔离间隔湿气流向图

电工电气 (20󰀱7 No.8)

2.2 开关柜内设备绝缘性能下降的原因分析

1)由于水是导体，绝缘材料受潮后，其表面及内部导电离子数增加，导致绝缘件的绝缘电阻下降，绝缘性能的下降程度随着受潮程度的增加而增加[8]。

2)该开关柜的绝缘材料为环氧树脂材料，其介电常数小于水的介电常数。在交流电场的作用下，不同介质间的场强与介电常数成反比[9]。当绝缘材料受潮之后，绝缘件的轻度受潮与重度受潮部分之间的电场在运行中分布不均匀，场强大的重度受潮部分易出现放电现象。表面受潮的绝缘件易产生沿面放电现象[10]。

3)开关柜导电部分和绝缘材料上凝结的水珠，相当于一个个凸起的尖端，水珠周围的电场由原先的稍不均匀电场畸变为极不均匀电场，局部场强过高易产生尖端放电[11]。因此，运行中开关柜内有局部放电产生，母分开关及母分隔离间隔由于受潮严重而绝缘性能下降程度较大，局部放电较强。

3 改进措施

为改善开关柜因湿度较大受潮导致其绝缘性能下降的情况，本文提出了以下几种改进措施。

1)提高绝缘材料的绝缘能力和绝缘裕度，增强绝缘材料的憎水性。改善绝缘件结构，以降低伞裙受潮的区域，提高绝缘性能。

2)增加开关柜内及开关室内的除湿能力。在开关柜内安装加热器等除湿设备，有利于湿气的加热蒸发；在开关室内增加除湿设备，有利于提高除湿能力。本文将单位时间内去除的湿气总量定义为除湿率ω。湿气从湿度高的区域向湿度低的区域渗入，直至各区域间湿度相同才停止湿气的渗入。本文将单位时间内柜外(室外)向柜内(室内)渗入的湿气总量定义为渗入率λ。渗入率与空间内外的湿度差、湿气渗入口大小及渗入口处风速等因素有关。若柜内除湿率ω大于渗入率λ，则柜内湿度降低；否则，柜内湿度在除湿与渗入之间保持动态平衡，柜内湿度与柜外湿度相同。

3)增强电缆沟的防水性，避免地表水进入电缆沟内引起积水。在勘察、设计、施工、验收等各个环节做好电缆沟防水工作，保障电缆沟防水能力，降低电缆沟内湿度，以减少开关柜内的湿气进入量。

󰀴󰀱

电工电气 (20󰀱7 No.8)某35kV开关柜局部放电及受潮的原因分析此外，将开关室抬升至变电站的二楼，在开关室与电缆沟之间增设电缆夹层，将有利于降低从电缆沟向开关柜内渗入的湿气。

4)增强开关柜柜门及电缆孔洞的密封性，以减少柜外湿气向柜内的渗入量。此外，在35kV开关室通风口安装可开合窗户，户外湿度较大时将窗户关闭，以减少室外对室内的湿气渗入率，以利于提高开关室内的除湿效果。

对该220kV变电站35kV开关柜采取更换老化、受潮绝缘件，在开关柜内安装加热器、除湿机，在开关室内安装除湿机，消除电缆沟渗水缺陷和电缆孔洞密封不良缺陷的措施以提高开关柜的绝缘能力。

经过一年的跟踪监测，开关室内的湿度保持在50%左右，开关柜内的湿度保持在48%左右，未发现开关柜内设备局部放电现象。经停电检查、试验，未发现该开关柜内设备受潮、老化现象，设备绝缘性能较好，表明该分析、处理方法有效。

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收稿日期：2017-04-05

4 结语

经过本文研究发现开关柜受潮将引起其内部设备绝缘性能下降，导致其在运行中产生局部放电现象。母分开关由于长期处于热备用运行状态，导致母分开关及母分隔离间隔的温度较其他开关柜的较低，不利于除湿，受潮情况较严重。开关柜的受潮及其绝缘性能下降程度受其周围环境、开关运行状态、除湿能力、电缆孔洞密封性能及绝缘材料性能等多种因素的影响。

(上接第30页)

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收稿日期：2017-05-08

󰀴2