电力高压开关柜绝缘故障的分析

王铁军

摘要：随着中国经济建设的快速发展，对电力和能源的需求日益增加。作为配电系统中的主要设备，高压开关设备的数量越来越多。高压开关设备的运行可靠性直接影响整个线路系统的安全性和效率。绝缘作为高压开关柜最基本的性能，经常出现在各种安全故障中，所占比例很大，造成严重的故障后果。总结绝缘故障的类型，探讨和分析故障原因，并提出相应的有效预防措施，以提高开关柜和电网运行的可靠性。

关键词：高压开关柜;绝缘故障;防范措施

1.绝缘故障的常见原因及分析

1.1绝缘距离不符合要求

相导线或相对地之间的绝缘距离不符合要求，导致绝缘故障。比如高压开关柜中铜排的螺栓尖端对外壳放电;电缆室内的A相或C相导线对机柜侧板上的二次元件进行放电;断路器的触头臂使触头盒或金属阀的安装板放电，这些绝缘故障是由于绝缘距离不够造成的。绝缘部件表面爬电距离的设计或设计余量不足，容易导致绝缘击穿和绝缘失效。

1.2高压开关设备的运行环境恶劣

空气湿度大，容易在绝缘子表面形成凝露，或者被一层水蒸气覆盖，绝缘子表面容易闪络;绝缘部件表面积灰严重，容易引起沿绝缘表面的爬电，造成绝缘击穿;空气中腐蚀性成分高，绝缘层长期被侵蚀破坏，绝缘能力降低，容易造成绝缘故障。

1.3设备作业区的海拔高度高于制造区

随着海拔的升高，大气压力降低，空气密度降低，空气绝缘强度减弱，使绝缘子表面的绝缘能力减弱，外绝缘的放电电压降低，容易发生绝缘击穿或闪络等破坏性放电现象。随着海拔的升高，机柜散热能力变差，机柜内温度升高，加速绝缘老化。

1.4高压开关柜的局部放电不符合要求

开关柜内部绝缘部分的局部放电容量过高，或者整个开关柜组装后的局部放电容量达不到要求。开关柜在长期运行过程中，绝缘子局部区域处于长期放电状态，绝缘性能逐渐下降，最终丧失绝缘能力，造成绝缘故障。

1.5过电压引起的绝缘故障

过电压一般包括雷电过电压和电力系统内部过电压[4]。雷电过电压包括直击雷过电压和感应雷过电压，导致保护跳闸、断线停电损失、设备绝缘能力不足、绝缘故障。电力系统中的过电压一般包括运行过电压和谐振过电压，它们通常超过正常运行电压，对线路和设备造成绝缘损坏，并引起故障。

2.改进和预防措施

2.1满足设计中的安全绝缘爬高距离和空气绝缘净距

高压开关设备的设计和制造应按照国家电网典型设计图纸的要求进行，并符合DL/T593-2016《高压开关设备及控制设备通用技术要求》标准[1]的要求。爬电距离应满足最小标称均匀爬电比：≥×18毫米/千伏（瓷绝缘）和≥×20毫米/千伏（有机绝缘）。根据国家电网公司《十八大反故障措施》的要求，新安装的開关柜禁止使用绝缘隔板，即使母线装有绝缘护套和热收缩绝缘材料，也应满足空气绝缘净距的要求。开关设备应进行冷凝和污染测试。对于铜排的搭接部分，应设置绝缘罩，以满足绝缘要求。

2.2确保高压开关设备的良好运行环境

根据《国家电网公司十八大反故障措施》要求，配电室环境温度超过5℃～30℃，应配备空调等有效的温控设施;当日最大相对湿度超过95%或月最大相对湿度超过75%时，应提供除湿器或空调。配电室排气扇的控制开关应在室外。开关柜内可增加除湿器或加热器，控制柜内运行环境湿度;对于4000A以上的大电流开关柜，应在柜内安装风扇进行风冷，以满足柜内的温升要求，降低绝缘部件的老化程度。对于配电室环境，还应安装相应的设备来控制运行环境，保证电力设备运行的稳定性，降低故障率。

2.3增加过电压保护措施

项目前期设计需要考虑雷暴是否频繁发生，空载变压器是否切除，是否会有谐振过电压等。如有必要，必须采取保护措施限制过电压。如安装避雷针、避雷器、电抗器、合理选择元件、提高开关动作的同步性等，并配合合理的绝缘设计，可以保证电力系统的安全运行。

2.4控制绝缘零件质量，优化开关柜设计

根据国家电网公司《十八大反故障措施》的要求，绝缘部件必须经过局部放电试验后才能组装，要求单个绝缘部件在试验电压下的局部放电量不超过3pC。整个开关柜的局部放电要求可参考GB/T 3906-2020 2.6 kV-40.5 kV交流金属封闭开关设备及控制设备[5]附录F.5，严格控制绝缘部分质量，优化导体与绝缘部分重叠气隙设计，满足局部放电值要求。

2.5制造商应制定组装操作和出厂检验的规范

开关设备制造商应制定相关操作规程，加强制造过程检验，制定标准的成品检验规范，并提供相应的出厂检验报告。在物流包装中，制造商也应该有标准和规范来确保产品在运输过程中的安全性和可靠性。

2.6定期维护和修理，加强监督

在高压开关柜运行阶段，要加强设备的检查和维护，定期清洁通风，检查绝缘部件的老化和损坏，及时更换，防止其发生。高压开关柜运行前，应堵住电缆室的电缆孔，防止小动物进入柜内。客户可以增加对制造商产品的抽样频率，或者在工厂进行监督和验收，以确保产品质量。

2.7使用科学合理的保温材料

国内大部分12kV～40.5kV高压开关柜，所用的绝缘材料需要具有成本低、耐腐蚀性好的特点。根据国家电网公司《十八大反故障措施》的要求，开关柜内所有绝缘部件均应采用阻燃绝缘材料，阻燃等级应达到V0级。对于高压开关设备中的重要绝缘设备，如穿墙套管、支撑绝缘子、触头盒等部件，应选用SMC或环氧树脂等材料，并在材料选择过程中加强质量监督，确保绝缘零件的质量。

2.8严格遵循相关行业规范

近年来，国家对高压开关设备的运行规范进行了规定，以保证高压开关设备运行过程的稳定性。在具体实施中，制造商应控制组件的质量，以确保它们在使用前通过相关测试[6]。部件正式组装前，表面应干燥、无尘，并选择合适的紧固件进行连接。在监控方面，可以加强通信技术、网络系统和传感技术的应用，实现对高压开关柜的实时监控，及时发现故障并排除故障，有效避免故障的发生。

3.结束语

高压开关设备的绝缘故障是可以控制和避免的。通过各种优化和预防措施，制定了一系列制造和检验标准和规范，严格按照设计要求控制供应商的产品质量，加强设备维护管理。可以降低故障率，从而提高高压开关柜运行的安全性和稳定性，在很大程度上保证电力系统的安全稳定运行。

参考文献

[1]高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求：Dl/T593[s].国家能源局，2016.

[2]高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求：GB/T11022[s].中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会，2011.

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