高壓開關(guān)柜運行情況及狀態(tài)檢測調(diào)研報告

1、提高開關(guān)柜運行可靠性的技術(shù)措施調(diào)研報告江蘇省電力公司電力科學研究院近年來，江蘇電網(wǎng)發(fā)生了多起開關(guān)柜故障引起的停電事件，如村前變35kV開關(guān)柜、雩橫變35kV開關(guān)柜、高皇變35kV開關(guān)柜爆炸、燃燒事故等，造成了重大的經(jīng)濟損失及不良的社會影響，由此引發(fā)了對提高開關(guān)柜運行可靠性的技術(shù)措施的廣泛關(guān)注。2012年，省電科院設(shè)備狀態(tài)評價中心多次赴國內(nèi)主要開關(guān)柜生產(chǎn)廠商、狀態(tài)檢測儀器生產(chǎn)廠商及相關(guān)運維單位開展了廣泛調(diào)研，深入了解、分析了當前高壓開關(guān)柜解開關(guān)柜設(shè)備設(shè)計、生產(chǎn)、及運維過程中存在的主要不足，并有針對性地提出了改進措施，為提升我省開關(guān)柜運行可靠性、保障電網(wǎng)安全提供了重要的技術(shù)支撐依據(jù)。一、開關(guān)柜常見

2、缺陷及整改措施通過對揚州供電公司、泰州供電公司、帕威爾電氣公司及浙江七一電器具公司調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)電網(wǎng)目前30.5kV開關(guān)柜缺陷主要集中在結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷、加工工藝缺陷、裝配工藝缺陷、選材錯誤等，分別針對以上問題提出整改措施。1.1 設(shè)計制造缺陷（1）內(nèi)部故障燃弧試驗不滿足反措要求十八項反措要求開關(guān)柜各隔室均應(yīng)通過相應(yīng)的內(nèi)燃弧試驗，燃弧時間為0.5秒及以上內(nèi)部故障電弧允許持續(xù)時間應(yīng)不小于0.5秒，試驗電流為額定短時耐受電流，對于額定短路開斷電流31.5kA以上產(chǎn)品可按照31.5kA進行內(nèi)部故障電弧試驗。目前江蘇電網(wǎng)中仍大量運行著燃弧試驗時間不滿足新反措的要求，一旦發(fā)生擊穿事故則會發(fā)生開關(guān)柜爆炸、火燒

3、連云的現(xiàn)象。（2）開關(guān)柜空氣凈距離不滿足要求十八項反措要求35kV開關(guān)柜外絕緣應(yīng)滿足以下條件：空氣絕緣凈距離300mm，如采用熱縮套包裹導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，則該部位必須滿足上述空氣絕緣凈距離要求。目前35kV開關(guān)柜的寬度為1.3 m-1.4m，除掉三相母排的寬度，理論上的空氣凈距已經(jīng)不滿足300mm的要求。因此，制造廠商大量使用熱縮套、絕緣隔板，如圖1所示，這些復(fù)合絕緣材料存在較大的安全隱患。圖1 開關(guān)柜因間距過小而內(nèi)大量使用的絕緣隔板和熱縮套（3）觸頭盒、套管無屏蔽部分開關(guān)柜斷路器觸頭盒、套管未采用屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計，導(dǎo)致內(nèi)部電場強度分布不均勻，易引發(fā)局部放電，長時間的放電導(dǎo)致絕緣材料電老化，最終導(dǎo)致?lián)舸┦?/p>

4、故的發(fā)生，如下圖所示。 （1）觸頭盒（2）套管圖1無屏蔽的觸頭盒及套管改造措施：采用帶屏蔽的觸頭盒及穿墻套管。加裝屏蔽可有效消除電場集中問題，使電場分布均勻，延長觸頭盒、穿墻套管使用壽命。圖3及圖4所示分別為待屏蔽的觸頭盒及穿墻套管結(jié)構(gòu)圖。圖3改進型設(shè)計的帶屏蔽觸頭盒圖3改進型設(shè)計的帶屏蔽穿墻套管（4）相間絕緣隔板設(shè)計缺陷目前，35kV開關(guān)柜逐步實現(xiàn)小型化，由此造成柜內(nèi)空氣絕緣距離較小，為此，開關(guān)柜廠商增加了SMC絕緣隔板。但是設(shè)計加裝隔板時卻存在結(jié)構(gòu)缺陷，如：1) 由于相間絕緣板設(shè)計太長，伸入到電纜室觸頭盒相間搭接處，從而加劇了觸頭盒搭接處小縫隙之間的放電，如圖10所示；2) 絕緣隔板與柜體

5、連接處存在小縫隙，造成局部放電，如圖10所示；圖 絕緣隔板太長圖10 絕緣隔板與柜體連接處存在小縫隙改造措施：針對上述問題，1) 裁剪不必要的絕緣隔板；2) 增大絕緣隔板與柜體間的連接縫隙，避免存在懸浮電位缺陷。（5）除濕設(shè)計缺陷某些開關(guān)柜內(nèi)加熱除濕裝置設(shè)計存在缺陷，不能及時有效排除柜內(nèi)潮氣，容易形成凝露，造成擊穿事故。改造措施：加熱裝置的要求：加熱和去濕功能分離，去濕采用多點低功率常投方式，大功率手動投切的方式（蘇州建議大功率采用溫濕度控制器控制其投切）。（6）母排設(shè)計寬度過寬開關(guān)柜內(nèi)母排設(shè)計過寬，導(dǎo)致相間距過小。改造措施：將100*10單排母線換成60*10*2雙排母線。（7）母排倒角不規(guī)

6、范：部分開關(guān)柜內(nèi)母排倒角曲率半徑過小，如圖11所示，易形成極不均勻電場，造成尖端電暈放電，在各種環(huán)境因素的長期作用下，發(fā)生一系列的化學和物理變化，導(dǎo)致電氣性能劣化，銅排尖角和邊緣處及觸頭盒內(nèi)壁有明顯的放電痕跡；觸頭盒內(nèi)壁、銅排尖角處放電痕跡圖11 不規(guī)范倒角引起的放電改造措施：對銅排進行按規(guī)范倒角處理, 銅排加工面進行鍍銀或搪錫處理。圓角處理后效果如圖12所示。銅排按規(guī)范進行倒圓角圖12 規(guī)范倒圓示意圖1.2裝配工藝缺陷（1）柜內(nèi)部件與設(shè)計位置有偏移由于安裝工藝為管控到位，部分開關(guān)柜內(nèi)部件與設(shè)計位置有偏移，如穿墻套管中母排搭接位置不妥，而且母排不居中，搭接位置的金屬尖端緊挨套管內(nèi)壁，如圖15所

7、示。圖15 穿墻套管中母排不居中改造措施：1) 根據(jù)圖紙，重新裝配，并在完工后進行細致檢查。（2）柜內(nèi)部件未緊固到位部分開關(guān)柜內(nèi)部件，如SMC絕緣隔板、各類緊固螺栓等，由此造成懸浮電極缺陷，進而產(chǎn)生放電，長期運行對設(shè)備運行狀態(tài)造成重要影響。改造措施：1) 使用力矩扳手，對各緊固螺栓進行緊固，并進行細致檢查。1.3選材錯誤該類缺陷集中在復(fù)合絕緣材料的選型，主要是熱縮套、絕緣隔板等。（1）復(fù)合絕緣材料壽命較短熱縮套選型錯誤，其壽命較短，運行一段時間老化嚴重，導(dǎo)致局部放電，甚至發(fā)生擊穿事故。改造措施：更換所有開關(guān)柜內(nèi)的熱縮套管，采用美國瑞侃的熱縮材料。（2）復(fù)合絕緣表面憎水性較差某些SMC絕緣板表面

8、憎水性較差。當柜內(nèi)潮氣增大時，容易發(fā)生放電，導(dǎo)致絕緣隔板加速老化。改造措施：1) 選用憎水性較強的絕緣材料；2) 表面涂抹憎水材料；3) SMC絕緣板邊緣采取防潮措施。（3）部分SMC隔板阻燃性較差經(jīng)試驗驗證，滿足V0級阻燃要求的SMC絕緣板在點燃后，將劇烈燃燒，且不可自行熄滅，阻燃性能堪憂。改造措施：建議提高開關(guān)柜內(nèi)絕緣材料的阻燃要求，采用新型絕緣材料。1.4其他缺陷(1) 運行環(huán)境污穢嚴重變電站所在地區(qū)污染嚴重，柜內(nèi)元器件表面積污嚴重，如圖17所示，導(dǎo)致泄漏電流增大，易加速外絕緣有機材料老化，最終導(dǎo)致?lián)舸┦鹿实陌l(fā)生。圖17 內(nèi)部積污嚴重改造措施：1) 定期清掃積污；2) 適當采用密封措施，

9、提高開關(guān)柜防護等級，防止灰塵進入柜體。(2) 運行環(huán)境濕度大某些開關(guān)柜內(nèi)濕度較大，加之環(huán)境溫度變化時，會產(chǎn)生凝露現(xiàn)象，易發(fā)生放電現(xiàn)象。另外金屬元器件會發(fā)生銹蝕，產(chǎn)生安全隱患，如圖18所示。圖18 母排連接處銹蝕改造措施：1) 裸露導(dǎo)體采取防銹措施；2) 采取適當?shù)募訜岢凉翊胧６?、開關(guān)柜運維及整改措施2012年10月，省電科院設(shè)備狀態(tài)評價中心專業(yè)人員赴泰州供電公司就提高開關(guān)柜運維可靠性相關(guān)技術(shù)進行了交流座談，期間重點調(diào)研了開關(guān)柜運維、試驗、檢修等相關(guān)情況。并與變電運維班組人員在110kV古馬變對35kV開關(guān)柜進行了現(xiàn)場帶電檢測，泰州公司變電運維工區(qū)副主任曹靜、副主任張澤、泰州公司運維檢修部開關(guān)

10、專職李勇、相關(guān)班組人員、有關(guān)高校、設(shè)備廠家技術(shù)人員參與了此次交流。(1) 巡視周期：目前未對35kV開關(guān)柜的巡視周期做出明確要求，僅對真空斷路器和充氣柜的紅外檢測周期做出了規(guī)定，真空斷路器為3個月，充氣柜為6個月。目前在迎峰度夏期間，基層單位巡視周期一般為1個月，負荷高時為6天左右。(2) 巡視內(nèi)容：根據(jù)開關(guān)柜狀態(tài)評價相關(guān)標準，運行巡視內(nèi)容主要包括：整體狀態(tài)觀察、外觀檢查、指示燈指示狀態(tài)、表計顯示、接地連接、柜內(nèi)照明及風機運行狀態(tài)等內(nèi)容。其中整體狀態(tài)檢查主要針對異響和異味，當運行人員發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)存在異響或開關(guān)柜室內(nèi)有異味，其根據(jù)主觀判斷聲音的大小和異味的輕重來告知檢修人員開關(guān)柜的運行狀態(tài)，檢修

11、人員再根據(jù)巡視人員的描述，決定是否立即趕往現(xiàn)場檢測。就檢修人員的配置而言，因沒有有效檢測開關(guān)柜內(nèi)部放電的儀器，一般根據(jù)經(jīng)驗判斷是否停電處理。(3) 狀態(tài)檢測工作情況：目前我省未有效開展開關(guān)柜帶電檢測工作，主要原因是各單位配置的開關(guān)柜帶電檢測儀器較少，且狀態(tài)檢測試驗數(shù)據(jù)管理不規(guī)范；有的單位雖開展狀態(tài)檢測工作，或?qū)z測工作外包，但對檢測數(shù)據(jù)缺乏管理，未深入開展開關(guān)柜狀態(tài)評價工作，導(dǎo)致不能及時發(fā)現(xiàn)缺陷。(4) 檢修情況：由于開關(guān)柜涉及到配網(wǎng)供電可靠性，很難長時間、大面積停電處理，一般僅對放電聲音較大的個別開關(guān)柜進行積污清掃等簡單的處理工作。10月9日，省電科院設(shè)備狀態(tài)評價中心專業(yè)人員赴泰州供電公司就

12、提高開關(guān)柜運維可靠性相關(guān)技術(shù)進行了交流座談，并與變電運維班組人員在110kV古馬變對35kV開關(guān)柜進行了現(xiàn)場帶電檢測，泰州公司變電運維工區(qū)副主任曹靜、副主任張澤、泰州公司運維檢修部開關(guān)專職李勇、相關(guān)班組人員、有關(guān)高校、設(shè)備廠家技術(shù)人員參與了此次交流。我院首先介紹了開關(guān)柜巡檢儀器的調(diào)研情況，包括目前使用較為廣泛的紅外測溫技術(shù)、TEV局部放電檢測技術(shù)、超聲波局部放電檢測技術(shù)、超高頻局部放電檢測技術(shù)和紫外成像檢測技術(shù)等，進而提出了研制適用于運行人員巡檢使用的多合一巡檢儀、設(shè)計開關(guān)柜檢測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的構(gòu)思。參與調(diào)研的泰州供電公司和電科院就開關(guān)柜運維、試驗、檢修等開展了廣泛交流，討論內(nèi)容如下：1、當前開

13、關(guān)柜巡檢及檢修情況目前開關(guān)柜巡視周期一般為6天，沒有配置專門針對開關(guān)柜的巡檢儀器，僅有的儀器為紅外測溫儀，且紅外測溫儀需要開關(guān)柜配合安裝紅外玻璃才能實現(xiàn)檢測。運行巡視內(nèi)容主要包括：整體狀態(tài)觀察、外觀檢查、指示燈指示狀態(tài)、表計顯示、接地連接、柜內(nèi)照明及風機運行狀態(tài)等內(nèi)容。其中整體狀態(tài)觀察主要包括異象和異味觀察，當運行人員發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)存在異響或開關(guān)柜室內(nèi)有異味，根據(jù)個人主觀判斷聲音的大小和異味的輕重來告知檢修人員開關(guān)柜的運行狀態(tài)，檢修人員再根據(jù)巡視人員的描述，決定是否立即趕往現(xiàn)場檢測。就檢修人員的配置而言，也沒有有效地檢測開關(guān)柜內(nèi)部放電的儀器，一般根據(jù)經(jīng)驗判斷是否停電處理。由于開關(guān)柜涉及到配網(wǎng)供電

14、可靠性，很難長時間、大面積停電處理，一般僅對放電聲音較大的個別開關(guān)柜進行積污清掃等簡單的處理工作。2、開關(guān)柜紅外檢測相關(guān)工作的開展情況泰州供電公司在迎峰度夏期間，全站的紅外測溫周期為1個月，負荷高時一般為6天左右。針對開關(guān)柜的紅外測溫工作沒有相關(guān)的規(guī)定，是因為開關(guān)柜為金屬鎧裝封閉結(jié)構(gòu)，要對其進行紅外測溫，就需要對金屬柜體進行改造，在柜體上開窗加裝紅外玻璃。2011年，泰州公司選用了20多面開關(guān)柜試點加裝紅外玻璃，從目前應(yīng)用情況來看，應(yīng)用效果一般，主要原因為：（1）紅外玻璃雖然對紅外線有透射作用，但仍有一定的阻礙性，并且檢測經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)紅外檢測儀的檢測鏡頭與紅外玻璃之間的夾角對檢測效果影響較大，且檢

15、測溫度與實際溫度有所偏差。紅外玻璃窗的直徑越大，檢測效果越好，但這與開關(guān)柜柜體的防爆要求相互矛盾。（2）通過紅外玻璃窗所能檢測的部位不是最為重點關(guān)注的地方。紅外玻璃一般裝在電纜室和母線室，通過玻璃僅能觀察到電纜接頭、導(dǎo)體連接排接頭等不活動的金屬連接，這些部位的連接螺栓若緊固力矩到位，一般不會發(fā)生過熱現(xiàn)象，即使發(fā)生過熱，進行處理后一般不會重復(fù)發(fā)生。開關(guān)柜內(nèi)部發(fā)熱危害最大的部位是觸頭盒的內(nèi)部經(jīng)常插拔的部位，會由于觸頭接觸不到位或彈簧觸指疲勞接觸不緊密而發(fā)生過熱，這些部位均被觸頭盒的絕緣外殼包圍著，無法通過紅外熱像儀直接進行檢測。3、運維單位對開關(guān)柜運行維護的建議與要求(1)對帶電巡檢儀便攜性的要求由于運行巡視人員要進行紅外測溫等其他巡檢工作，一般以兩人為一組，攜帶儀器較多，因此開關(guān)柜巡檢儀要求體積盡可能小、所有檢測項目盡量集成在一起，不需要對探頭進行細分，最好一個探頭能夠?qū)⑺袡z測傳感器集成在一起,且巡檢儀也同時能夠用于檢測站內(nèi)其它設(shè)備。(2) 對帶電檢測巡檢儀簡便操作的要求巡檢儀在開機后參數(shù)設(shè)置盡可能簡單，最好將參數(shù)設(shè)置事先固化，在現(xiàn)場無需設(shè)置就可以直接使用，提高檢測效率。在檢測數(shù)據(jù)顯示方面，最好僅顯示能夠反映開關(guān)柜運行狀態(tài)的關(guān)鍵檢測量，對于非關(guān)鍵檢測量、輔助檢測量和必要的圖譜在需要時要同樣能夠調(diào)看，以