高壓開關(guān)柜運(yùn)行情況及狀態(tài)檢測(cè)調(diào)研報(bào)告

1、提高開關(guān)柜運(yùn)行可靠性的技術(shù)措施調(diào)研報(bào)告江蘇省電力公司電力科學(xué)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(jì)損失及不良的社會(huì)影響，由此引發(fā)了對(duì)提高開關(guān)柜運(yùn)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(píng)價(jià)中心多次赴國(guó)內(nèi)主要開關(guān)柜生產(chǎn)廠商、狀態(tài)檢測(cè)儀器生產(chǎn)廠商及相關(guān)運(yùn)維單位開展了廣泛調(diào)研，深入了解、分析了當(dāng)前高壓開關(guān)柜解開關(guān)柜設(shè)備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、及運(yùn)維過程中存在的主要不足，并有針對(duì)性地提出了改進(jìn)措施，為提升我省開關(guān)柜運(yùn)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(duì)揚(yáng)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(guó)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(jì)缺陷、加工工藝缺陷、裝配工藝缺陷、選材錯(cuò)誤等，分別針對(duì)以上問題提出整改措施。1.1 設(shè)計(jì)制造缺陷（1）內(nèi)部故障燃弧試驗(yàn)不滿足反措要求十八項(xiàng)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(yàn)，燃弧時(shí)間為0.5秒及以上內(nèi)部故障電弧允許持續(xù)時(shí)間應(yīng)不小于0.5秒，試驗(yàn)電流為額定短時(shí)耐受電流，對(duì)于額定短路開斷電流31.5kA以上產(chǎn)品可按照31.5kA進(jìn)行內(nèi)部故障電弧試驗(yàn)。目前江蘇電網(wǎng)中仍大量運(yùn)行著燃弧試驗(yàn)時(shí)間不滿足新反措的要求，一旦發(fā)生擊穿事故則會(huì)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(xiàng)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(jì)，導(dǎo)致內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度分布不均勻，易引發(fā)局部放電，長(zhǎng)時(shí)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(chǎng)集中問題，使電場(chǎng)分布均勻，延長(zhǎng)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(jìn)型設(shè)計(jì)的帶屏蔽觸頭盒圖3改進(jìn)型設(shè)計(jì)的帶屏蔽穿墻套管（4）相間絕緣隔板設(shè)計(jì)缺陷目前，35kV開關(guān)柜逐步實(shí)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(jì)加裝隔板時(shí)卻存在結(jié)構(gòu)缺陷，如：1) 由于相間絕緣板設(shè)計(jì)太長(zhǎng)，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(zhǎng)圖10 絕緣隔板與柜體連接處存在小縫隙改造措施：針對(duì)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(jì)缺陷某些開關(guān)柜內(nèi)加熱除濕裝置設(shè)計(jì)存在缺陷，不能及時(shí)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(diǎn)低功率常投方式，大功率手動(dòng)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(jì)寬度過寬開關(guān)柜內(nèi)母排設(shè)計(jì)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(chǎng)，造成尖端電暈放電，在各種環(huán)境因素的長(zhǎng)期作用下，發(fā)生一系列的化學(xué)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(duì)銅排進(jìn)行按規(guī)范倒角處理, 銅排加工面進(jìn)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(jìn)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(jì)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(jì)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(jìn)行細(xì)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(jìn)而產(chǎn)生放電，長(zhǎng)期運(yùn)行對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)造成重要影響。改造措施：1) 使用力矩扳手，對(duì)各緊固螺栓進(jìn)行緊固，并進(jìn)行細(xì)致檢查。1.3選材錯(cuò)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(cuò)誤，其壽命較短，運(yùn)行一段時(shí)間老化嚴(yán)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(guó)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(dāng)柜內(nèi)潮氣增大時(shí)，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(qiáng)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(yàn)驗(yàn)證，滿足V0級(jí)阻燃要求的SMC絕緣板在點(diǎn)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(yùn)行環(huán)境污穢嚴(yán)重變電站所在地區(qū)污染嚴(yán)重，柜內(nèi)元器件表面積污嚴(yán)重，如圖17所示，導(dǎo)致泄漏電流增大，易加速外絕緣有機(jī)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(yán)重改造措施：1) 定期清掃積污；2) 適當(dāng)采用密封措施，

9、提高開關(guān)柜防護(hù)等級(jí)，防止灰塵進(jìn)入柜體。(2) 運(yùn)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(shí)，會(huì)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(huì)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(dāng)?shù)募訜岢凉翊胧６?、開關(guān)柜運(yùn)維及整改措施2012年10月，省電科院設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)中心專業(yè)人員赴泰州供電公司就提高開關(guān)柜運(yùn)維可靠性相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了交流座談，期間重點(diǎn)調(diào)研了開關(guān)柜運(yùn)維、試驗(yàn)、檢修等相關(guān)情況。并與變電運(yùn)維班組人員在110kV古馬變對(duì)35kV開關(guān)柜進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)帶電檢測(cè)，泰州公司變電運(yùn)維工區(qū)副主任曹靜、副主任張澤、泰州公司運(yùn)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(duì)35kV開關(guān)柜的巡視周期做出明確要求，僅對(duì)真空斷路器和充氣柜的紅外檢測(cè)周期做出了規(guī)定，真空斷路器為3個(gè)月，充氣柜為6個(gè)月。目前在迎峰度夏期間，基層單位巡視周期一般為1個(gè)月，負(fù)荷高時(shí)為6天左右。(2) 巡視內(nèi)容：根據(jù)開關(guān)柜狀態(tài)評(píng)價(jià)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)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(jì)顯示、接地連接、柜內(nèi)照明及風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等內(nèi)容。其中整體狀態(tài)檢查主要針對(duì)異響和異味，當(dāng)運(yùn)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(yùn)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(chǎng)檢測(cè)。就檢修人員的配置而言，因沒有有效檢測(cè)開關(guān)柜內(nèi)部放電的儀器，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷是否停電處理。(3) 狀態(tài)檢測(cè)工作情況：目前我省未有效開展開關(guān)柜帶電檢測(cè)工作，主要原因是各單位配置的開關(guān)柜帶電檢測(cè)儀器較少，且狀態(tài)檢測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理不規(guī)范；有的單位雖開展?fàn)顟B(tài)檢測(cè)工作，或?qū)z測(cè)工作外包，但對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)缺乏管理，未深入開展開關(guān)柜狀態(tài)評(píng)價(jià)工作，導(dǎo)致不能及時(shí)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(zhǎng)時(shí)間、大面積停電處理，一般僅對(duì)放電聲音較大的個(gè)別開關(guān)柜進(jìn)行積污清掃等簡(jiǎn)單的處理工作。10月9日，省電科院設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)中心專業(yè)人員赴泰州供電公司就

12、提高開關(guān)柜運(yùn)維可靠性相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了交流座談，并與變電運(yùn)維班組人員在110kV古馬變對(duì)35kV開關(guān)柜進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)帶電檢測(cè)，泰州公司變電運(yùn)維工區(qū)副主任曹靜、副主任張澤、泰州公司運(yùn)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(cè)溫技術(shù)、TEV局部放電檢測(cè)技術(shù)、超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)、超高頻局部放電檢測(cè)技術(shù)和紫外成像檢測(cè)技術(shù)等，進(jìn)而提出了研制適用于運(yùn)行人員巡檢使用的多合一巡檢儀、設(shè)計(jì)開關(guān)柜檢測(cè)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(yùn)維、試驗(yàn)、檢修等開展了廣泛交流，討論內(nèi)容如下：1、當(dāng)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(duì)開關(guān)柜的巡檢儀器，僅有的儀器為紅外測(cè)溫儀，且紅外測(cè)溫儀需要開關(guān)柜配合安裝紅外玻璃才能實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。運(yùn)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(jì)顯示、接地連接、柜內(nèi)照明及風(fēng)機(jī)運(yùn)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(dāng)運(yùn)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(gè)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(yùn)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(chǎng)檢測(cè)。就檢修人員的配置而言，也沒有有效地檢測(cè)開關(guān)柜內(nèi)部放電的儀器，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(zhǎng)時(shí)間、大面積停電處理，一般僅對(duì)放電聲音較大的個(gè)別開關(guān)柜進(jìn)行積污清掃等簡(jiǎn)單的處理工作。2、開關(guān)柜紅外檢測(cè)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(cè)溫周期為1個(gè)月，負(fù)荷高時(shí)一般為6天左右。針對(duì)開關(guān)柜的紅外測(cè)溫工作沒有相關(guān)的規(guī)定，是因?yàn)殚_關(guān)柜為金屬鎧裝封閉結(jié)構(gòu)，要對(duì)其進(jìn)行紅外測(cè)溫，就需要對(duì)金屬柜體進(jìn)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(diǎn)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?yàn)椋海?）紅外玻璃雖然對(duì)紅外線有透射作用，但仍有一定的阻礙性，并且檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)紅外檢測(cè)儀的檢測(cè)鏡頭與紅外玻璃之間的夾角對(duì)檢測(cè)效果影響較大，且檢

15、測(cè)溫度與實(shí)際溫度有所偏差。紅外玻璃窗的直徑越大，檢測(cè)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(cè)的部位不是最為重點(diǎn)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(dòng)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(huì)發(fā)生過熱現(xiàn)象，即使發(fā)生過熱，進(jìn)行處理后一般不會(huì)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(huì)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(jìn)行檢測(cè)。3、運(yùn)維單位對(duì)開關(guān)柜運(yùn)行維護(hù)的建議與要求(1)對(duì)帶電巡檢儀便攜性的要求由于運(yùn)行巡視人員要進(jìn)行紅外測(cè)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(cè)項(xiàng)目盡量集成在一起，不需要對(duì)探頭進(jìn)行細(xì)分，最好一個(gè)探頭能夠?qū)⑺袡z測(cè)傳感器集成在一起,且巡檢儀也同時(shí)能夠用于檢測(cè)站內(nèi)其它設(shè)備。(2) 對(duì)帶電檢測(cè)巡檢儀簡(jiǎn)便操作的要求巡檢儀在開機(jī)后參數(shù)設(shè)置盡可能簡(jiǎn)單，最好將參數(shù)設(shè)置事先固化，在現(xiàn)場(chǎng)無需設(shè)置就可以直接使用，提高檢測(cè)效率。在檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示方面，最好僅顯示能夠反映開關(guān)柜運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵檢測(cè)量，對(duì)于非關(guān)鍵檢測(cè)量、輔助檢測(cè)量和必要的圖譜在需要時(shí)要同樣能夠調(diào)看，以