摘要：通过一起开关柜故障，对KYN系列开关柜内部放电的原因进行分析，针对该系列开关柜可能存在的问题提出相应的预防措施，从而减少放电事故发生的概率，保证设备和人身安全，提高设备供电可靠性。
关键词：开关柜；穿柜套管；局部放电；绝缘击穿；母排
0 引言
35kV金属铠装式开关柜具有结构紧凑、占地面积小，可根据不同的使用需要采用多个功能单元进行灵活组合，安装使用方便。目前广泛使用在发电厂、变电站和配电所中[1-2]。
但开关柜在运行时由于制造工艺不良，质量差、设计存在缺陷、内部绝缘距离不足等原因会造成开关柜内部放电，从而引起事故。本文通过以下案例分析了开关柜内部放电的原因，并且针对开关柜发生放电的原因提出了一些预防措施[3-5]。
1 事故案例
2015年8月6号，220千伏某变电站1号、2号主变中压过流保护动作，110千伏母联断路器跳闸，2号主变低压过流保护动作，2号主变35千伏侧断路器跳闸，导致35千伏母线失压。
现场检查35千伏高压室内某出线开关柜顶部泄压通道被冲开，开关柜上部母线室柜门与三相母排之间有电弧灼熔，B、C相母排连接等电位线处有电弧熔洞，相邻两个出线柜体间C相母排穿柜套管根部炸裂，并对相邻A相套管伞裙形成喷溅损伤如图2所示。
图2：开关柜母线室检查内部图
C相穿柜套管根部安装固定法兰处炸裂，裂开部位内部屏蔽环裸露，将C相的故障穿柜套管解体发现，在套管根部的安装固定法兰处由内壁向外壁方向有贯穿性放电通道，即套管内侧高压屏蔽环与外侧地屏蔽环之间的环氧树脂绝缘材料内部存在空穴，如图3所示。
图3：套管内部放电通道及空穴
2原因分析
由于开关柜穿柜套管发生绝缘击穿故障，从而诱发开关柜母排发生相间短路故障。如图4所示为穿柜套管结构示意图。
图4：穿柜套管结构示意图
在正常运行情况下，母排插在套管圆筒里面，套管的外侧固定在柜体的金属外壳上，其中柜体金属外壳接地，在正常运行时，母排通过套管与地绝缘。该穿柜套管加装了带屏蔽的等电位线，等电位线一端连接到母排，另一端连接到套管环氧树脂内部的高电位屏蔽环，这样母排和高电位屏蔽环是等电位，在母排和高电位屏蔽环之间的绝缘介质在理论上不承受电场。此外，地电位屏蔽环与安装螺母连接，安装螺母接地。正常工作时，母排即通过高电位屏蔽环与地电位屏蔽环之间的环氧树脂对地进行绝缘。
由套管结构分析可知，套管绝缘击穿的过程包括空气绝缘击穿和环氧树脂绝缘击穿。空气绝缘击穿主要由于套管内母线与内屏蔽接触不良或不接造成悬浮，从而引起放电。环氧树脂绝缘击穿多是由于套管内部存在气泡，造成气隙放电，持续放电使环氧材料绝缘劣化，造成绝缘击穿。
套管根部安装固定法兰处从内壁到外壁方向有贯穿性放电通道，说明在高电位屏蔽和低电位屏蔽中间的环氧树脂内部有空穴。空气介电常数要低于环氧树脂，所以空气中的电场强度要成倍于环氧树脂，从而造成气隙放电，该过程中产生的热辐射、电离辐射会使环氧树脂绝缘材料老化、变性甚至熔融。因此，气隙击穿引起持续放电，从而使环氧树脂绝缘材料持续劣化，最终导致套管从内壁到外壁发生贯穿性放电。
3 预防措施
3.1加强对开关柜安装工艺的要求
确保穿柜套管内部等电位线两端分别与母排导体和套管内屏蔽端子可靠连接，外屏蔽与安装螺栓可靠连接，避免出现接触不良造成悬浮放电；对等电位线的长度、余度要适中，不得出现等电位线过长绕圈打弯，等电位线要贴近铜排导体敷设连接；开关柜内部的低压引线、二次线要求必须绑扎固定牢固，防止脱落引起短路故障。
3.2 改善开关柜的运行环境
在高压开关室内部可以加装除湿的设备或采用其他可靠的方法，使开关柜内部保持干燥，从而增强柜内空气的绝缘能力。可以在开关柜内安装加热设备，并保证加热设备能够安全可靠运行，防止开关柜内部的高压设备表面上发生凝露，导致设备表面泄露电流增大，从而使绝缘强度降低。
3.3加强对设备的巡视和监护
加强对开关柜的巡视和监护，对在巡视中发现有局部放电的开关柜，应及时处理，对于无法停电处理的设备应该加强巡视，采取降低负荷或其他措施，防止故障扩大。
3.4 加强对开关柜进行局部放电检测
对开关柜设备可以定期的开展超声波局部放电检测、暂态地电波（TEV）等带电检测。该检测能够及早的发现开关柜内部的局部放电，做到早发现，早处理，是有效的发现开关柜设备初期异常的有效手段之一。
4 结论
穿柜套管绝缘击穿主要包括空气绝缘击穿和环氧树脂绝缘击穿。空气绝缘击穿的主要原因是等电位线两端连接母排和内屏蔽的接线接触不良，造成悬浮，使母排周围电场发生畸变，造成绝缘击穿。环氧树脂绝缘材料击穿的主要原因是环氧材料内部有气隙，气隙电场强度超过击穿场强，造成气隙放电，持续放电使环氧材料绝缘劣化，造成绝缘击穿。
环氧树脂绝缘材料内部气隙放电会导致绝缘劣化，该过程持续时间较长，因此可以在日常监控和巡视中引入超声波局部放电检测、地电波检测等带电检测手段，能够及早的发现开关柜内部的局部放电。
参考文献：
[1]曲永正 孙世永 赵耀，《35kV高压开关异常放电原因分析》，电气制造.
[2]王志伟，《35kV高压开关柜异常放电及解决措施》，科技与创新.
[3]张雄清 林魁，《35kV开关柜放电原因分析及预控措施》，电气技术.
[4]耿伟 鲁永，《一起35kV开关柜内部受潮放电的原因分析及处理》，电气开关.
[5]潘益伟，陈建胜，《一起40.5kV开关柜放电的原因分析及处理》，浙江电力.
论文作者:刘振国,刘磊,朴文泉,公多虎,张飞,葛志杰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/14
标签：开关柜论文; 套管论文; 环氧树脂论文; 屏蔽论文; 电位论文; 设备论文; 原因论文; 《电力设备》2017年第34期论文;