高压开关柜绝缘事故的分析及防范措施

DOI:10.13296/j.1001-1609.hva.2011.07.017

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第47卷第7期

年7年

月7月20112011

High Voltage Apparatus

Vol.47No.7

Jul. 第47卷2011第7期

高压开关柜绝缘事故的分析及防范措施

潘长明，

刘

刚，

熊

炬，

董

泉，

王晓阳，

袁

斌

（信阳供电公司变电检修部，信阳464000）

摘要：高压开关柜是使用极广、数量最多的开关设备。由于在设计、制造、安装和运行环境、设备维护、线路通道方面存在着不同程度的问题，因而事故率比较高。在诸多性质的开关柜事故中，绝缘事故所占比例较高，造成的后果也很严重。特别是手车式开关柜，绝缘事故率更高，而且往往一台出现事故，殃及邻柜的现象更为突出。笔者对一起高压开关柜绝缘事故进行了研究，对现场故障实际情况及造成故障的可能性因素进行了分析，提出了相应的维护整改措施。实际运行表明，通过采取适当的处理措施后，现在设备运行稳定，再没有发生过跳闸事故。

关键词：高压开关柜；绝缘；事故中图分类号：TM591

文献标志码：A

文章编号：1001-1609（2011）07-0090-04

High Voltage Switchgear Insulation Accident ’s Analysis and Countermeasures PAN Chang -ming ，LIU Gang ，XIONG Ju ，DONG Quan ，WANG Xiao -yang ，YUAN Bin

（Xinyang Electric Power Company Power Transformation Overhaul Department ，Xinyang 464000，China ）

Abstract:The high voltage switchgear is widely used and the greatest number in high voltage apparatus. Because there exist some problems in its design ，manufacture ，installation ，operation environment ，

equipment maintenance ，and the line channel etc. aspects ，the accident rate is quite high. In many nature switchgear accidents ，the insulation accident are in large proportion ，and the caused consequence is also very serious. Specially handcart type switchgear ，the insulation accident rate is much higher ，moreover ，the presents accident often brings fault to the neighbor cabinet ’s phenomenon to be more prominent. The author studied a high voltage switchgear insulation accident, and analyzed the actual situation of on -site fault and the possobility factors of the failure, then proposed corresponding maintance measures. The actual opeartion shows that by taking appropriate measures, the switchgear operates stablely now, and doesn ’t happen the tripping accidents again.

Key words:high voltage switchgear ；insulation ；accident

0引言

据调查，国内大多数10kV 高压开关柜的运行

1故障现场情况及研究

2007年3月，某供电公司110kV 变电站5面

环境较差，经常受诸如粉尘、烟雾、蒸汽等的侵袭，使得绝缘层表面被腐蚀，生成导电物，构成绝缘缺陷。配出线路状况较差，经常接地、短路，造成非故障相电压升高，对非故障相的绝缘劣化造成累计影响。还有个别的开关柜使用单位，忽视设备的检修、维护，未能及时发现和消除各种绝缘缺陷，从而造成绝缘事故的发生[1-5]。

10kV 开关柜(型号PID 105) 运行中手车整体被烧黑

，开关动触头绝缘套管被烧焦，上端静触头被严重烧损，其支撑绝缘套管被烧熔，柜间挡板被烧穿，相邻的几个开关柜母排表面和二次接线柜均覆盖黑灰。对现场检查发现，空气环境非常潮湿，有凝露现象。

该变电站10kV 接线采用单母线分段接线方式。事故是由其10kV Ⅰ段PT 柜发生闪络造成，弧

收稿日期：2011-03-07；修回日期：2011-04-28

技术交流潘长明，刘刚，熊炬，等. 高压开关柜绝缘事故的分析及防范措施

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光造成曾10kV Ⅰ段母线短路，随即发生绝缘材料轻。从覆铝锌板材(180cm ×680cm) 烧熔以及内部设备布置情况分析判断，×2板—10kV Ⅰ段PT 开关柜是事故的起始点。

该开关柜型号PID 105，系97年生产产品。对应烧损的间隔型号分别是Capacitor feeder type

(母线上的绝缘材料还是与之相连的) 燃烧起火，火

势直接烧穿开关柜之间绝缘挡板，殃及其他四面柜。此次事故造成10kV Ⅰ段5面开关柜及曾10kV Ⅰ段母线烧损，10kV 高压室所有开关柜均覆盖黑灰，绝缘有不同程度降低。事故发生后，该供电公司立即组织人员对事故现场进行检查分析。

C1、M1、F1、C1、F1。基本尺寸：柜高2200mm 、柜

深1500mm +600mm(附柜) 、柜宽750mm 。4面开关柜内置真空断路器，型号为HVEW405；PT 柜内置

2造成故障的可能性因素

根据以往经验可知，10kV 开关柜内部故障原

3只避雷器，避雷器型号为MHF1E12(U c 12.7kV ，U r =15kV) 。×2板—10kV Ⅰ段PT 开关柜型号为M1,

现场检查发现，该10kV 母线电压互感器可以通过手车与母线隔离，而10kV 母线避雷器却是安装在该柜母线室内，也即避雷器长期运行在母线上，就安装位置上看，即使将电压互感器手车拉出，也无法看到避雷器的安装位置。避雷器要做预防性试验必须将整段母线停电，这也是避雷器在运行7年中从未进行过预防性试验的原因。而避雷器的安装方式造成了事故隐患。厂家实际接线图见图1。

因可能是：

1) 因绝缘件老化而引起绝缘降低。恶劣的环境

和高污染的空气对绝缘件均有不利影响，尤其是高温条件，更易使有机绝缘件变质老化，构成绝缘弱点，造成事故。

2) 大气过电压或操作过电压。断路器在开断电

动机产生的载流过电压及三相同时断开过电压等操作过电压的作用下，造成绝缘击穿而形成事故。

3) 不按操作规程操作或运行人员误操作。4) 主回路接触面被腐蚀或联接螺栓松动导致过

度发热。

5) 小动物进入开关柜内或维护时物件被遗留在

柜内引起搭桥事故。

6) 电气设备绝缘泄漏比距偏小。开关柜内导体

对地距离和相间距离偏小，使得在过电压的情况下易引发事故。

7) 环氧浇注互感器、避雷器和环氧玻璃绝缘子

表面粗糙，易积尘、受潮，有时在正常运行电压下产生爬电，最终发展成闪络事故。绝缘元件上的污秽受潮，形成了电介质薄膜，泄漏电流随之增加，在阴雨、雾和雷雨等恶劣气象条件下，造成瓷瓶闪络接地等事故。

图1

厂家实际接线图

Fig. 1Factory actual wiring

diagram

电压互感器柜母线室布置了避雷器，通过对

8) 线路运行状况不良，单相线路接地，正常相电

压升高，过电压加在绝缘薄弱部位，造成绝缘击穿。

10kV Ⅱ段PT 柜中(柜内布置和元件参数与Ⅰ段PT

相同) 各元件检查也发现，3只避雷器除一只正常外

3现场故障实际情况分析

就现场设备烧损情况来看，×2板—10kV Ⅰ段

(直流参考电压24.5kV ，75%U 1mA 为23μA) ，另外两只避雷器不合格(直流参考电压只为22kV ，75%U 1mA

为89μA 和210μA ，规程规定不得大于50μA) ，说明避雷器几年运行以后很快出现了劣化，已经危及系统安全运行。

通过现场实际测量，10kV Ⅱ段PT 柜中避雷器上部金属裸露部分相间距离最近处为120mm ，不能满足规程DLT/T593—1996《高压开关设备的共用订货技术导则》[6]要求相间距离必须大于125mm 的规定，而且，相邻避雷器上伞裙之间最近距离仅为

PT 开关柜损坏情况最为严重。其柜后避雷器安装处

整块覆铝锌板材(180cm ×680cm) 全部烧熔，该处的支柱瓷瓶及避雷器外壳呈粉碎状，仍可见部分避雷器氧化锌阀片，母线室铜排扭曲变形，环氧隔板、穿墙套管及保险管小车静触头座烧为灰烬。与之相邻的另外4个间隔母线室情况如是。×1板—电容器、×

3板—卫校、×4板—电容器3面开关柜内断路器全

部烧损，×5板开关柜因距离稍远，烧损程度相对较

75mm ，若空气潮湿和积灰该处极易产生放电。

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2011年7月第47卷第7

期

从现场情况看，×2板—10kV Ⅰ段PT 开关柜母线室内避雷器与支柱瓷瓶组合安装处损坏情况最为严重，认为该处是绝缘最薄弱的部位。经过近7年的带电运行，设备和绝缘支撑物不同程度地存在劣化现象，绝缘水平逐渐降低。事故发生前，该站10kV 线路发生多次接地故障，多次受到过电压的扰动。在过电压作用的累积效应下，加上设备本身先天性的设计和制造缺陷，又遇到阴雨天气，在线路接地的外界诱因下，最终导致绝缘击穿，单相接地短路继而发展成母线三相短路，巨大的弧光能量引燃了母线静触头盒，烧毁了电压互感器保险管，融化了背后的敷铝锌板，引燃了母线室相邻的隔板，并迅速窜至相邻开关柜，使相邻柜毁坏直至损毁第五面开关柜。

降。因为在这种条件下，积尘中水溶性的盐类溶解，大大增加了泄漏电流，降低了闪络电压。当时正值阴雨天，空气湿度较大，设备在运行过程中受潮而在绝缘表面产生凝露，以致附着污秽使绝缘降低。

3) 和支柱瓷瓶相比，PT 、避雷器的泄漏距离小，

而现场避雷器安装在母线室内，之间的绝缘距离很小，其伞裙之间最近距离仅为75mm ，容易造成闪络。经过现场检查比对，发生弧光闪络正是由避雷器两相之间引起的，避雷器两相之间弧光闪络又引起

PT 、母线发生弧光短路，造成火灾。

4)10kV 开关柜广泛采用绝缘材料制成的隔板，

构成复合绝缘以达到缩小体积降低成本的目的，这使得设备的绝缘问题较一般的纯空气绝缘变得复杂多了，该方法的缺点是绝缘隔板受使用环境影响很大，存在绝缘老化的问题。国网公司颁布的18项反事故措施第11.13.2条款要求：高压开关柜内的绝缘件(如绝缘子、套管、隔板和触头罩等) 应采用阻燃绝缘材料(如环氧或SMC 材料) ，严禁采用酚醛树脂、聚氯乙烯及聚碳酸脂等有机绝缘材料。而该变电站使用的开关柜母线室之间的绝缘材料厂家答复既不是环氧也不是SMC 材料，该绝缘隔板起不到阻燃作用，火势一起立即被烧穿，殃及相邻开关柜，造成事故扩大[7-9]。

4故障分析

根据现场情况，对造成故障的可能性因素进行

排查，可得出引发此次故障的主要原因。

1) 电压互感器柜的电气设备设计方案不利于避

雷器设备的可视性以及进行预防性试验，使避雷器设备缺乏有效的技术监督，形成隐患，这是设备事故的主要原因。

2) 空气潮湿导致设备绝缘降低。曾家园站所有

开关柜均安装在室内，但与外部并没有完全隔离，高压室内环境未采取有效的抽湿措施，造成室内外湿度条件近似。从现场情况看，已发现有凝露现象，说明事故现场空气相对湿度比较高，达到80%左右(一般凝露时) 。而沿面闪络电压与空气相对湿度有很大关系，其关系曲线见图2。

50

5开关柜的维护整改措施

1) 事故发生后，检修人员将所有手车开关柜手

车推出，用酒精擦拭干净，更换烧损开关柜及母线铜排, 清扫母线铜排，并用酒精擦拭干净，将母线连接好并用高压绝缘自沾胶带包扎，将开关柜盖板全部拆下来清扫并装复，清扫并检查所有开关柜二次回路。

2) 将开关柜之间绝缘隔板全部拆下来更换为环

闪络电压/k V

30

氧或SMC 材料隔板。

3) 按国家电网典型设计图要求重新改造该变电

站10kV PT 柜，使避雷器与母线之间有一断开点，

10

只要将手车拉出，就能检查维护避雷器。确保不同相的导体之间和导体至接地间净距应保证在125mm 以上，各开关柜空气绝缘净距离和爬电比距都符合《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》规定[10]。

25

50

75

相对湿度/%

100

国网典型工程设计图见图3。

4) 保持10kV 高压室空气干燥，在10kV 高压

室内安装空调，夏天可以降低室内温度，冬天可以抽出室内湿度，确保设备不受外部天气影响。

图2闪络电压与相对湿度关系的示意曲线图

Fig. 2Flashover voltage and relative humidity relations hint diagram of

curves

5) 制定周密的运行维护措施，定期检查开关柜

的绝缘情况，同时，在运行中还要加强清扫，要贯彻

由图2可知，随着湿度的增加，闪络电压迅速下

技术交流潘长明，刘刚，熊炬，等. 高压开关柜绝缘事故的分析及防范措施

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图3国网典型工程设计图

Fig. 3Country net typical project design

drawing

“逢停必扫”的原则。

6结语

该变电站使用的开关柜采取了以上适当的处理措施后，现在设备运行稳定，再没有发生过跳闸事故。

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潘长明(1962—) ，男，研究方向为变电检修及安装，现任信阳变电检修部检修班班长。

刘熊董

刚(1968—) ，男，工程师，研究方向为电气自动化，现炬(1970—) ，男，高级工程师，研究方向为电力生产泉(1971—) ，男，高级工程师，研究方向为电力生产

任信阳变电检修部副主任。技术管理。技术管理。

王晓阳(1973—) ，男，工程师，研究方向为变电检修及安装。袁

斌(1969—) ，男，工程师，研究方向为变电技术管理。

(上接第89页)

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郭

夫(1957—) ，男，变电检修技师，辽宁省电力有限公

司鞍山供电公司修试工区主任，主要研究方向为变电设备的维护与管理。

贾明月(1979—) ，男，硕士研究生，工程师，辽宁省电力有限公司鞍山供电公司变电二工区，主要研究方向为电机与电器。