高压开关柜绝缘事故原因及绝缘性能的优化措施

高压开关柜绝缘事故原因及绝缘性能的优化措施

李昕莹1,李廷桢2,李新源1,2

1.天津平高智能电气有限公司 天津 300300 2.平高集团储能科技有限公司 天津 300300

摘要：高压开关柜是指电力系统中用于发电、输电、配电、电能转换、消耗中起通断、控制或保护的装置，其应用范围广，绝缘性能直接影响电网的安全运行。高压开关柜绝缘事故会造成严重危害，损坏设备开关，还会影响电网，甚至造成停电，导致重大经济损失，因而要改善高压开关柜的绝缘性能，以确保其安全运行。

关键词：高压开关柜；绝缘事故；原因；绝缘性能；优化措施

高压开关柜作为系统中重要设备，负责输电、配电、转换转换等系统的控制及保护。高压开关柜若发生绝缘事故，不仅不能保证系统的正常运行，还对相关人员的人身安全构成严重威胁。为有效利用高压开关柜在系统中的积极作用，要深入分析高压开关柜绝缘事故的原因，并在此基础上制定有针对性的解决方案。基于此，本文重点阐述了高压开关柜绝缘事故原因及绝缘性能的优化措施。

一、高压开关柜绝缘事故类型

高压开关柜绝缘事故类型包括：①拒合、机械事故。前者较常见，当高压开关柜无法分闸时会发生拒合事故，这与设备内部断路器的故障有关，断路器无法闭合，导致开关柜分闸动作受到影响。②爆炸事故。高压开关柜本身绝缘不良，内部绝缘介质老化，或外部环境中空气潮湿度不适合开关柜工作，绝缘层损坏后，设备内部部件也在恶劣环境中运行，最终导致爆炸事故。③载流、操作回路引起的绝缘事故。载流回路中的故障是回路过热，若回路中有接触不良的部件，回路将会升温。当开关接触面积或压力达不到标准时，也会导致回路升温，造成回路无法正常工作。操作回路故障是指元件的变形，形变后元件位移，机构操作时卡涩，导致设备故障率增加。

二、高压开关柜绝缘故障原因

1、爬距、间隙不足。在正常电压供应下，相间电弧事故原因是绝缘爬距和间隙不足，在这种情况下，启动开关柜时，机柜绝缘层的保护机制较弱，无法满足标准的绝缘等级要求。此外，内部元件材料存在以次充好现象，易引发绝缘事故。若组装不严格按设计规范进行，绝缘爬距明显不足，若设备内部有电流泄漏，将无法及时流入地下。柜体表面会出现泄漏电流，导致绝缘层损坏，若此时内部电压过低，有可能引发闪络事故，严重阻碍开关柜正常运行。

2、制造、装配质量和工艺差。开关柜整体耐压水平受到制造、装配质量的限制，例如，开关柜内单个元件可通过耐压测试，但开关柜整柜却通不过，其是因装配质量差。若紧固螺钉不规则，拧紧后螺杆会长出螺母过多，形成隐藏放电点；一些支撑瓷瓶的紧固底板呈“T”形，瓷瓶支撑处未进行特殊处理，缩短了绝缘距离，还导致电场局部分布不均匀。此外，支撑瓷瓶的质量和动态稳定性差，会导致瓷瓶在短路电流冲击下断裂，导致事故扩大。

3、接触不良或容量不足，导致开关柜发热并引发火灾。当接点接触不良或容量不足时，局部温度升高，严重时，该点的导流部件被烧毁，导致对地或相间弧光短路，致使绝缘闪络。

4、环境方面的原因。对于高压开关柜，其运行环境将直接影响其安全稳定性。例如，在相对干燥环境中，即使绝缘子表面布满灰尘，也不会影响其电阻性能，一般来说，不存在污闪问题。然而，长期在潮湿污垢环境中运行会影响绝缘子表面，最终导致污闪和绝缘电阻下降，加速绝缘部件的老化速度。高压开关柜有许多绝缘部件，如避雷装置、绝缘套管、环氧树脂互感器等，这些部件往往由于外部因素(如温度、湿度、外力等)影响而加速老化，导致爬电问题，最终引起绝缘事故。

5、雷电的自然影响。这种现象由雷云引起，而雷电过电压现象是一种常见情况，有以下类型。一是雷电直接击中电压设备产生的过电压，高达几百伏的电压直接使输电线路放电，该高压将以波形从被击中点沿导线传播，经过的导线地方会出现过电压现象。二是感应过电压情况，由于雷电将输电线路周围物体电击，导致雷电电流流入地面，形成电磁场，造成导线过电压。

三、高压开关柜绝缘性能优化措施

1、确保安全距离符合要求，并增加绝缘爬距。当使用空气作为绝缘介质，高压开关柜中各种导体间的安全距离应符合相关净距标准。增加绝缘爬距，使其大于或等于195mm，并定期检查爬距以确保其符合距离标准。此外，高压开关柜中的相关原件必须满足一定等级的环境污秽，污秽等级为二级的高压开关柜中元件间的爬距应大于18mm/kV，污染等级为3级时，元件间的距离应大于20mm/kV，环氧绝缘材料的爬距应大于或等于205mm，确保符合相关要求和标准，避免发生绝缘事故。此外，若高压开关柜中绝缘子绝缘性低，应及时更换，瓷瓶、复合材料绝缘子可用于更换。在污秽严重情况下，绝缘瓷瓶应安装污秽合成伞瓷，可直接替换为防污型绝缘子，以防止绝缘事故。

2、严格按规范操作。近年来，国家出台了高压开关柜相关设计规范，以确保其在运行中的稳定性。要求电力运维人员对元件进行质量检验和控制，优化有制造缺陷的元件，并确保单个元件通过测试后才能组装。在组装各元件前，必须确保元件表面干燥且无污垢，并选择合适的螺栓连接组件。利用网络系统及通信和传感技术优势，对高压开关柜进行实时监测，帮助人们及时发现故障，尽快找出故障位置，并排除故障，避免绝缘事故的发生。高压开关柜温度监测系统可用于在线监测其温度，凭借系统的高压隔离、抗强电场和热稳定性能，可实时监测高压开关柜触头温度，及时找出异常加热故障现象。

3、严格监管高压开关柜设备质量。为从根本上提高高压开关柜运行质量和效率，相关人员可从严格监管高压开关柜设备质量开始。针对高压开关柜生产市场混乱问题，制定相关监管标准，并努力加大对高压开关柜制造商的审核力度，禁止不合格高压开关核产品流入电力工程项目，从根本上提高所用高压开关柜质量，确保其绝缘性能符合系统运行要求。

4、注重高压开关柜绝缘老化的维修。为有效处理高压开关柜绝缘事故，相关人员还应高度重视高压开关柜绝缘老化的维修。一方面，根据绝缘材料在不同环境中的老化规律，对高压开关柜材料的老化程度进行比较分析；另一方面，积极引入高压开关柜绝缘性能检测系统，实时记录设备实际运行中的绝缘性能，从源头上控制高压开关柜绝缘事故发生，提高其实际运行中的安全、经济效益。

5、维持良好的运行环境。为有效降低高压开关柜发生事故的风险性，还需要维持良好的设备运行环境。①定期对高压开关柜室通风；②在开关柜室内窗户上安装纱窗，防止灰尘进入设备；③为应对运行环境的高湿度，可增加红外线加热装置，将室内湿度控制在有效范围内；④对高压开关柜底部封堵，防止小动物进入并损坏柜内构件。

6、加强高压开关柜的日常维护

①加强高压开关柜清扫及检查工作。若高压开关柜采用气体绝缘，尽管高压部分可有效规避外部影响因素，并通过全封闭式防止对高压开关柜的影响，但只有加强对气室与柜外连接位置的检查和维护，才能使其性能始终处于最佳状态。例如，要加强高压开关柜高压电缆室电缆孔洞的封堵，同时要加强对气室压力传感器和充放气接口气密性的检查。此外，还需定期加强对柜体的清扫，避免粉尘和湿气粘附在高压开关柜上，这样能防止柜体金属的腐蚀问题。

②加强对气室压力和微水含量的检查，确保气体压力始终在标准范围内，从而有效排除存在的安全隐患，最大限度防止高压开关柜的绝缘事故。

③确保室内空气干燥度。由于高压开关柜常受湿气影响，会导致表面保护膜腐蚀，并在其表面形成导电物质，致使其绝缘性能下降，因而要确保室内保持较高干燥度。要在室内装设小型空调设备，及时排除室内湿气及潮气，有效控制高压室内温度，避免外部环境对高压开关柜高压室环境的影响，从而保证高压开关柜高压室的有效运行。

参考文献：

[1]郭新宇.高压开关柜绝缘事故的分析及防范措施[J].商品与质量，2016(04):249.