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摘要：我国高湿地区降雨量大、环境潮湿，对开关设备的影响是很大，本文针对40.5kV系统KYN61开关柜在潮湿环境地区所遇到的一些技术难点，进行了研究，并对柜体结构做了改进，希借此改进能够设计出满足降雨量高、湿度大，特别是南方山区环境的开关柜产品。
关键词：绝缘放电、潮湿环境、KYN61开关柜、凝露
1引言
40.5kV的电力系统作为控制保护的KYN61高压开关柜在运行使用过程中，常出现绝缘件放电、设备爬电、闪络和跳闸事故。经走访用户、现场勘查发现事故发生地都有以下共同点：一，发生事故的地域均在长江以南，以云、贵、广西山区尤为突出；二，事故高发季节集中在南方的梅雨季节。经分析南方地区光照条件较差，降雨天数较多，相对湿度较大 [1]，造成开关柜内部的空气湿度较高，给开关设备的正常运行带来安全隐患。
2潮湿环境对开关柜的危害
由于水汽、凝露现象导致开关柜绝缘损坏，整体绝缘性能下降，引发外绝缘对地闪络击穿，内绝缘对地闪络击穿，相间绝缘闪络击穿，雷电过电压闪络击穿等故障。故障发生波及邻柜，造成母线失压，设备大量损坏。绝缘水平是要正确处理作用在绝缘上的各种电压（包括运行电压和各种过电压）、各种限压措施、绝缘强度这三者之间的关系[2]。
根据电力部标准DL/T593-1996《高压开关设备的共用订货技术导则》中，规定了户内开关柜的爬电比距和各项导体相间与对地的空气净距[3]。如表1所示，而在对开关柜设计时也是按照此标准执行，但是在潮湿环境绝缘性能下降，此距离下完全不能保证安全运行。
表1各相导体相间/对地空气净距
封闭式开关柜端子排上凝露严重，水滴使一相邻端子形成短路，从而造成开关误动。端子排设计布置未考虑水分可能造成的影响，排接线紧密，相邻端子之间缺乏绝缘措施，导致此类故障发生。
3潮湿环境的产生及分析
3.1凝露的产生
凝露是当空气湿度达到一定饱和程度时，在温度相对较低的物体上凝结的一种现象。湿度是普遍存在的，而凝露只是湿度达到一定程度时的一种特殊现象，结露是否发生取决于室内温度、柜内温度、相对湿度以及露点温度【4】。环境温度愈接近露点温度，凝露就越容易发生，例如在澡堂，环境温度高、湿度高、而澡堂墙壁温度低，因此容易发生结露。形成结露的露点温度始终是低于环境温度。
3.2 致使柜内高湿环境的原因
3. 2.1“地利”的影响，地域位置特殊、环境湿度过大
在南方地区，由于地貌复杂，往往很多变电站建在山谷、山腰，地理环境造成地区湿潮，从而造成的封闭式开关柜故障时有发生。另一些电站由于地下室内管道众多，通风、透气极差，空气湿度高居不下，而且无法散发。通常这些开闭所内的开关柜内部凝露现象都比较严重，由此而导致的故障发生。
3.2.2“天时”的影响，全年降雨量大、雨水渗入
部分变电站由于地处偏远，年久失修，渗水、漏雨现象时有发生，特别是降水量大的梅雨季节，当雨水打在高压室墙上时，雨水渗墙而进，从窗口及换气口渗流近来，顺着楼板向开关柜渗沿，由于开关柜与墙壁距离较近，导致电气设备上潮湿不断。室内空气不流通，潮气无法散去，此类原因导致故障的发生。
3.3.3．“人力”的影响，产品设计不合理，使用控制不当、电缆沟内积水
变电站设计时候电缆沟（隧）道通常很难做到独立、封闭，由于雨雪、渗漏、排水不畅等原因，这里往往聚集大量污水，电缆沟内部的积水深。由于电缆入口封闭不够严密，电缆沟（隧）道内产生的水汽进入开关柜内，加之开关柜设计不合理，不能及时做到空气流通，内部形成凝露，造成开关柜故障的发生。
4针对高湿环境开关柜改进设计
4.1柜体各室通风除湿设计
KYN61开关柜柜体为敷铝锌板弯制后用螺栓组装而成。按功能特征可分为仪表室、断路器室、电缆室和母线室四部分，各部分以接地的金属板分隔。水汽一旦聚集，不宜散去，空气湿度一直很高，由此导致开关柜内凝露现象严重。
4.1.1通风设计
针对各室相对封闭问题进行优化设计在各室顶隔板板上加通风孔窗，左右支撑板加开通风孔，柜前后门加开百叶窗并加盖铜纱网，并针对进风口与出风口高度、面积进行精密计算，如图所示：
图3对流风机空气循环图
4.2 全面温湿度测控设计
传感器表面干燥时，分子间接触电阻小，而当高分子材料吸收水分后，其内部分子空间迅速膨胀，分子间接触电阻变大，电阻率大大增加。电子控制器通过测试电阻的大小来感知或预知是否发生凝露。防凝露自动除湿控制器安装在开关柜仪表室，凝露传感器安装在开关柜柜内，铝合金加热器分别安装在开关柜电缆室、断路器室，利用凝露传感器的动作特性来自动启动加热器投入或切除。
分算式多点测控温湿度度传感器设计，利用多个温度传感器，一个测柜体外温度；一个安装在柜壁，测量柜壁温度；其余的测柜体内部各隔室的温度，通过智能化控制加热器的投切来调节柜内温度，使开关柜内部要防凝露的部位的温度始终比柜外环境温度至少高2℃~3℃，使之不具备凝露发生的条件，起到预防凝露的作用。
4.3 防止水汽进入电缆沟优化设计
当电缆沟内积水严重时．导致电缆室下方同时积水。由于整个沟内完全封闭，无法有效地形成空气循环，内部空气相对湿度大大超过空气的最大包容能力，遇到电缆室内钣金件和柜壁等低温构件时，就形成凝露，如图：
图4开关柜地基改进前后对比
针对上述问题，对其地基电缆沟进行如图所示改进设计，电缆沟如图示设计，成斜坡倒梯形，并在远离开关柜一侧内凹，使得积水不会处于开关柜正下方，设计隔板将电缆沟隔离，同时在基础开上透气孔，双重保护，阻挡水蒸气进入开关柜，使内部水汽和外部空间形成有效流通，不会进入开关柜排出电缆沟，，从而有效地解决了此类问题所引发的潮湿凝露故障。
4.4 柜体结构绝缘优化设计
在产品使用环境对其影响进行改进的同时，对产品性能进行优化设计，增强产品整体绝缘性能。
4.4.1 绝缘件增强绝缘性能处理，触头盒、套管进行电磁场仿真，设计最优的内外双层屏蔽结构，柜内外层需屏蔽安装件零件表面处理改为镀锌处理；
4.4.2改进母排形状防止尖端放电。电极曲率半径越大，周边的电场分布越均匀，气隙的击穿电压也越高。铜排断面均需倒圆角，触头盒中搭接母排更是制作成半圆状。
4.4.3 增大空气间隙。断路器开始从传统相间距300mm增大到330mm，联络、架空方案柜深增加至柜深3000mm，增大母线与柜间及接地开关的空气距离。
4.4.4使用硫化复合绝缘。采用SMC板材隔绝和母线硫化结合进行复合绝缘处理，包裹严密，复合绝缘，安装简单，能取得很好的绝缘效果。
5. 结论
经过上述改进设计的KYN61高压开关柜投入使用，经验正完全适应高湿地区，设备事故大大下降，有效解决因潮湿、凝露而发生中压开关柜电力事故。为特殊环境对电力产品的运行提技术供验证支撑，后续将从新材料研发运用、新工艺探索，进一步全面研究，使其更适合高湿环境条件下的安全运行需要。
参考文献
[1] 孙才新，司马文霞，舒立春. 大气环境与电气外绝缘. 北京：中国电力出版社，2002.9
[2] 王隽.中压开关柜绝缘方式和绝缘标准的分析[J].江苏电器，2008 No.8：56-59.
[3] DL/T593-1996.高压开关设备的共用订货技术导则[S].
[4] 开关柜防凝露技术.中国自动化网，2008.10
论文作者:张罗锐,陈利民
论文发表刊物:《电力技术》2016年第9期
论文发表时间:2017/1/6
标签：开关柜论文; 电缆沟论文; 柜内论文; 环境论文; 空气论文; 温度论文; 潮湿论文; 《电力技术》2016年第9期论文;