开关柜局部放电问题分析与治理

开关柜局部放电问题分析与治理

李鹏

西安西拓电气股份有限公司陕西西安710000

摘要：随着国家电网对新投运开关柜开展严格的局放检验，开关柜局放超标问题成为多数制造企业急于解决的技术难题。本论文结合基础研究和试验经验总结，分析了局放超标的原因及改善方法，为提高开关柜整体质量提供了大量经验。

关键词：开关柜；局部放电

1.概述：

从2017年开始，河南省电力公司对新投运的开关柜提出了严格的局放检验标准。开关柜局放问题已经成为了多数制造企业急于解决的技术难题。本论文是经过基础研究和半年来现场试验经验总结而成，希望能对设备厂家之后的质量提升提供参考。

2.定义

2.1局部放电现象

主要是指高压电气设备绝缘在足够强的电场作用下局部范围内发生的放电。这种放电以仅造成导体间的绝缘局部桥接而不形成导电通道为限。每一次的局部放电都会对绝缘介质产生影响，造成绝缘寿命降低。因此，对于高压开关设备进行局放试验，目的是发现设备结构和制造工艺上的缺陷。因此无论从满足用户要求还是提高产品品质的角度，局放试验都是十分必要的检测手段[1]。

2.2局部放电超标的原因

开关设备局放超标的原因主要有绝缘件内部局部电场强度过高；金属部件有尖角；绝缘混入杂质或局部带有缺陷；产品内部金属接地部件之间、导电体之间电气连接不良等。

2.3局部放电试验标准

目前，国网项目中要求单个绝缘件局放值不大于3PC，互感器不大于10PC,试验电压取值按照1.1Um/√3。而河南省电力公司对绝缘件要求为不大于3PC，对穿墙套管试验电压要求为1.5Um/√3,对开关柜整柜局放要求不大于300PC，整站并柜不大于1000PC,试验电压为1.2Um。

3.要因分析

根据10kV开关柜、35kV开关柜不同部位发生局放的频率和影响的程度进行分析，局放超标发生频率35kV明显高于10kV产品，而引起整柜局放超标的主要因素依次是:10kV穿心式电流互感器、35kV特车、10kV及35kV电压互感器、35kV传感器、母排、支柱式电流互感器。影响程度从大到小依次为：35kV手车导电回路、35kV电压互感器、10kV电压互感器、35kV传感器、母线、10kV及35kV电流互感器。

出元件质量问题外，还存在检测标准不统一、测试方式不准确、柜体结构设计电场分布不均匀、导电回路螺栓未上紧等质量管理、设计、工艺控制方面的问题。

因此，开关产品局放超标是受多种因素影响的系统性质量问题，需要多方面逐项进行优化解决。

4.缺陷和故障分析

4.1检测标准不统一

存在问题：目前根据《国家电网十八项重大反事故措施》[2]要求，对绝缘件、互感器进行入厂检测时，按照1.5Um/√3试验电压进行局放检测，局放要求为≤3PC、≤10PC。但是1.5Um/√3的试验电压远低于国网河南省公司的考核整柜局放的1.2Um电压要求，导致很多绝缘件、互感器在通过了入厂检验，但安装到开关柜上进行整柜测试时局放超标。

故障分析：由于国标和国网公司标准没有明确的要求，绝缘件、互感器试验电压和整柜试验电压的不统一造成了很多元件问题无法提前发现处理。

解决方案：为解决此问题，经过大量试验验证和摸索，对绝缘件及互感器进厂局放提出了新的要求：

（1）绝缘件检验试验电压1.5Um/√3时局放小于3PC，试验电压1.2Um时局放小于10PC。

（2）绝缘件的检测应模拟在产品上实际安装场合进行检测。穿芯式电流互感器在检测时必须在中间穿排，将均压线（俗称屏蔽线）连接在母排上。

4.2检测方法不可靠

存在问题：前期存在互感器绝缘件检测时局放均合格，但配柜后局放却超标的情况。

故障分析：前期单个绝缘件或互感器检测时，存在检测方法不可靠，未能模拟元件安装在开关柜内的状态，导致检测数据无法反映产品真实性能。如检测穿心式互感器仅将试验设备接线连接在互感器均压线上、检测绝缘筒仅将试验设备接线连接在绝缘筒嵌件上等。

解决方案：为解决此问题，应设计试验工装，对检验方法进行摸索及修整，力求模拟绝缘件在开关柜内的环境，保证测试的有效性。

4.3结构设计电场优化问题

存在问题：目前开关柜内各种零件尖角较多，在一些靠近带电体的部位设计未考虑电场优化问题，如活门支架未倒角、加热器距离带电体过近等。

问题分析：目前结构设计时，设计员主要考虑的还是绝缘距离问题，但对电场优化不够重视，还有的地方设计绝缘裕度较小。

解决方案：改善基型产品，移走靠近带电体位置的螺钉凸起、加热器等，零件的尖角需要倒圆处理，对于绝缘薄弱位置增大绝缘裕度，如接地开关操作轴和C相母线处采用绝缘轴、分体式地刀轴、母排拐立弯等方式保证空气净距离。运用仿真软件对电场分布进行仿真分析。

4.410kV穿心式电流互感器局放问题

存在问题：由于结构的特殊性，穿心式互感器经常出现局放超标问题。

故障分析：出现局放超标的原因主要有[3]：（1）因为穿心式互感器内部要穿过母排，特别是大电流2层、3层母排时，母排距离互感器内腔距离较近，如果互感器边缘有杂质、毛刺或在搬运过程中剐蹭磕碰受损，就容易引起局放的发生。（2）互感器内部浇注问题引起的局放超标如：内部有气泡、裂痕；有悬浮的金属颗粒；设计绝缘裕度太小等。

解决方案：目前的处理方式主要有2种。第一种方式是将互感器返厂，由互感器厂家对互感器本体进行擦拭、打磨尖角、使用无水乙醇清洗，最后将互感器内部重新刷涂绝缘涂料，根据经验局放值在150PC左右通过处理可以下降到满足使用。但对于互感器内部问题或者局放值较大（200PC以上）则效果不明显。因此厂家采用的第二种方式就是重新生产互感器。

4.5支柱式传感器局放问题

存在问题：35kV绝缘子局放基本不存在问题，但35kV支柱式传感器有出现局放超标现象。

故障分析：传感器出现问题的主要原因是传感器因内部是高压电容芯棒，因为芯棒材料和树脂热膨胀系数不一样，在固化的过程中容易因收缩比不一致产生缝隙。在高压环境下就会导致空气间隙处场强升高，引起局放。

支柱式传感器局放虽然目前问题较小，但影响很大，因为局放超标的传感器在长期使用中会导致绝缘性能降低，一旦击穿就会导致重大事故。

解决方案：采用感应式传感器代替支柱式。

4.6母排局放问题

存在问题：母排没有经过必要的工艺处理，母排端部存在棱角，毛刺。

故障分析：圆角母排，两侧是圆弧边，经冲压机加工后，裁断面切口处有裂纹毛刺，会造成电场分布不均匀导致局放值过高。前期母排端部处理是使用手持式角磨机简单打磨，效果不理想。对于母排端面处理，最新的国网标准化设计规范中也已经有了明确的要求，要求母排端面做球面处理，即在母排的宽度方向、厚度方向均需要倒圆弧。

解决方案：使用专业的母排铣削设备可以加工出表面光洁无毛刺的曲面，将显著解决母线局放问题。

5.改善效果分析

目前存在的局放超标问题基本得到了识别和解决。但有的解决方案仍是临时性的，目前的良品率难以满足要求。后期绝缘件、互感器，均需要努力提高产品质量，改善加工工艺，提高良品率，突破目前局放问题瓶颈。对于大容量电压互感器、绝缘筒式熔断车等问题，目前也只能采取改变参数或改变安装方式的规避方式处理。

6.结论与展望

在河南省电力公司较为严苛的检验标准下，暴露了开关柜产品存在的大量缺陷，还有绝缘件、互感器的质量控制问题。正如论文开头所述，开关柜局放超标问题是受多种因素影响的系统性质量问题，需要多方面逐项进行优化解决。但前期的工作积累了大量的经验，摸索出了一套系统化的解决方案，为后期制造性能优良产品打下了基础。

对于开关柜局放的认识，笔者经历了从不熟悉标准，摸索实验，逐步靠近目标到取得了一定的进展，但是产品质量提升工作任重而道远，后期的改善工作还需要继续努力。

参考文献：

[1]何潇.电气设备局部放电带电检测技术应用研究[D].

[2]国家电网有限公司十八项电网重大反事故措施(修订版)-2018版[S]

[3]黄海波,段建家,刘味果,等.油浸式电流互感器内部局部放电故障的诊断分析[J].湖南电力,2015(2):35-36.