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[摘 要]随着电气技术的不断发展进步，电力设备的外部形态及内部结构正朝着小型化、紧凑型的方向发展，高压开关柜在变电站中的使用已经逐渐成为大势所趋，但是小型化对开关柜绝缘结构的设计、绝缘材质的选择、运行环境的条件提出了更高的要求，如有不当就会造成高压开关柜发生绝缘故障，严重者甚至发生爆炸事故。本文从现场实际的角度分析了高压开关柜内部套管产生放电的原因和后果， 有针对性地提出了改进措施， 并就加强该类设备管理和应用新技术， 预防类似故障发生。
[关键词]开关柜、环氧树脂、悬浮电位、局部放电
中图分类号：TM591 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）48-0013-01
本文研究意义
随着电力科技的日新月异，成套的开关电器逐渐变得更加小型化，高压化，并且逐步取代了敞开式的开关电器。开关柜则是一种集合了断路器、隔离开关、电流互感器、避雷器等功能在一个组合式金属柜中的金属封闭式组合电器。目前我国在35kV和10kV电压等级中，开关柜已经得到了越来越广泛的使用，其技术在近十几年中得到了长足的发展，但是设计、安装、维护、运行等各方面也随之而发现了各种问题。
本文主要针对菏泽供电公司220kV蔡庄变电站中的35kV高压开关柜在运行中所出现的问题进行研究，具体现象为断路器上触头盒套管和穿柜套管局部放电，套管绝缘材料均为浇注环氧树脂。本论文通过对产生放电的原因进行分析，找出合理的解决方法，对于预防该类事故的发生有着积极的意义。
1 局放检测方法
开关柜内部发生局部放电时，设备内部和周圍空间会产生一系列的光、声、电气和机械的振动等物理现象和化学变化。这些伴随局部放电而产生的各种物理和化学反应为诊断电力设备内部绝缘状态提供了检测信号。目前，可利用超声波局、超高频及暂态地电压技术来有效的发现因导体尖角、屏蔽不良等产生的空气中的放电现象，通过对测试数据的比较分析可以对开关柜内部绝缘情况进行评估，及时发现绝缘缺陷。
1.1 超高频检测法
局部放电过程中将产生很陡的脉冲电流，其快速上升时间小于1ns，并向四周辐射出频率高达GHz电磁波。超高频法的检测原理即为采用宽带高频天线（300MHz-1GHz传感器）接收局放陡脉冲激发的电磁波来判断放电状况，生产现场的电晕等干扰信号其频段主要集中在300MHz以下，因此特高频法可有效避开大部分现场干扰，具有较高的灵敏度和抗干扰能力，能够很好的实现局部放电带电检测以及缺陷类型识别等功能，从而反应出开关柜内部的缺陷类型及大体位置。
1.2 超声波检测法
局放声波信号主要集中在0～100kHz的频率范围内，但干扰信号功率谱基本都在0～40kHz之间，语音干扰信号频谱集中在10kHz以下，而且振动、背景噪声也主要在此频段。因此，当开关柜内部发生局部放电时会产生冲击振动及声音，且很快向四周介质传播，可以采集频带为20～100kHz的超声信号来检测局部放电。通过安装在电力设备外壁上的超声波传感器，将超声波信号转换为电信号，就能对设备的局部放电水平进行测量。
1.3 暂态电压监测法
当高压电气设备发生局部放电时， 放电电量先聚集在与放电点相邻的接地金属部分， 形成电流脉冲并向各个方向传播。对于内部放电， 放电电量聚集在接地屏蔽的内表面， 因此， 如果屏蔽层是连续时无法在外部检测到放电信号。但实际上， 屏蔽层通常在绝缘部位、垫圈连接处、电缆绝缘终端等部位出现破损而导致不连续， 这样， 高频信号就会传输到设备外层。放电产生的电磁波通过金属箱体的接缝处或气体绝缘开关的衬垫传播出去， 同时产生一个暂态电压， 通过设备的金属箱体外表面而传到地下去，频率在（3-100MHz）。这些电压脉冲是于1974 年由Dr John Reeves 首先发现， 并把它命名为Transient Earth Voltage 暂态对地电压， 简称TEV。
2 现场故障实例分析
2.1 柜体故障情况
我公司220kV蔡庄站35kV开关柜运行两年时间内多处出现较为明显的放电声响，现根据该问题发现、处理情况，对开关柜内部放电现象进行分析如下。该开关柜为厦门华电开关有限公司产品，型号为AMS—40.5，2010年12月生产，2011年5月投运。2012年夏天开始出现局部小范围放电现象，2013年7月份，220kV蔡庄变电站运行值班人员在日常巡视的过程中，发现了35kV高压室的开关柜内发出了“呲呲”的放电声响，且声音强度较大，后经停电检验后发现柜体绝缘出现了以下现象，各绝缘套管外伞裙外沿处的相间方向.
2.2 运行环境情况
在观察更换下来的柜体绝缘的表面情况后，可以发现浇注环氧树脂绝缘表面存在很薄的污秽层，用手擦拭可以感觉到有一定的湿度
3 试验情况介绍
对新更换后的AMS-40.5柜体绝缘进行80%的耐压试验，同时采用便携式局部放电检测仪（韩国Hanbit），
检测超高频局部放电信号.加压60kV的耐压试验通过，
但试验过程中的局部放电现象明显，外施电压到30kV时，明显听见较大范围的放电声。
4 故障分析及初步处理
4.1 可能造成该现象的故障原因
4.1.1开关柜触头盒设计缺陷
220千伏蔡庄站35千伏开关柜为AMS-40.5中置式金属铠装封闭开关设备，即目前国内较多生产的固封体绝缘高压金属封闭开关设备，其高压带电部分的绝缘是由空气间隙和浇注环氧树脂组成的复合绝缘，在正常干燥净化条件下其耐压水平.与真正的固体绝缘高压金属封闭开关设备高压带电部分绝缘完全由浇注环氧树脂制品承担，并在浇注环氧树脂外表面喷涂金属层并接地不同，在高压相间和对地间由各空气间隙和各浇注环氧树脂绝缘层构成的复合绝缘中，空气间隙和浇注环氧树脂各绝缘层的电场强度取决于它们的电容分布。当空气间隙过小，或运行环境使空气间隙绝缘水平下降，将使空气间隙击穿，出现典型悬浮放电的局部放电现象。
4.1.2开关柜设计有缺陷
这种固封结构开关柜的局部放电起始电压Vc和绝缘击穿电压Vb与空气间隙长度的关系如下图。尽管在空气间隙长度足够且干燥净化条件下，其的击穿电压约为金属电极纯空气间隙的3倍。复合绝缘提高局部放电和电击穿电压的两个主要原因是：形成放电所需的初始电子不足（因为发生局部放电的区域是绝缘表面）和放电沿绝缘表面的发展受到电晕稳定效应的阻止。但当浇注环氧树脂绝缘表面由于环境湿度等因素，存在导电率较高的污秽层时，就破坏了复合绝缘提高局部放电和电击穿电压的两个要素。所以，局部放电起始电压Vc将随之大大下降。
5 结束语
本文通过对220kV蔡庄站开关柜触头盒的放电现象进行分析，找出了出现该现象的各个原因，并得到了以下结论：
未使用内部带有屏蔽罩的静触头盒，导致在运行和开关分合闸时电场畸变，进而出现放电现象。厂家设计缺陷，相间空气间隙较小，电场强度较高。静触头盒与母线连接处没有半导电秞均压层，造成运行时电场极不均匀。在潮气较大的运行环境运行，使得放电现象更容易发生。以上是造成放电现象的主要因素，此外，针对柜内放电现象的产生应以防为主，在出现放电现象之前对设备本身进行检查，发现隐患后及时消除，对运行环境应该更高标准，对于柜内除潮应更加全面，室内运行应有更好的除湿通风条件，在设备投运之时应选择绝缘性能更好的开关柜，为后期运行创造更好的条件。在针对各因素进行改善后，可有效避免放电现象的发生，减少开关柜故障隐患，对设备运行维护有很大的帮助。
参考文献
[1] 王文峰、张清杰、蒋立齐.40.5kV开关柜穿墙套管电场分析与优化设计.1647-1951（2011）02-0020-02.
[关键词]开关柜、环氧树脂、悬浮电位、局部放电
中图分类号：TM591 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）48-0013-01
本文研究意义
随着电力科技的日新月异，成套的开关电器逐渐变得更加小型化，高压化，并且逐步取代了敞开式的开关电器。开关柜则是一种集合了断路器、隔离开关、电流互感器、避雷器等功能在一个组合式金属柜中的金属封闭式组合电器。目前我国在35kV和10kV电压等级中，开关柜已经得到了越来越广泛的使用，其技术在近十几年中得到了长足的发展，但是设计、安装、维护、运行等各方面也随之而发现了各种问题。
本文主要针对菏泽供电公司220kV蔡庄变电站中的35kV高压开关柜在运行中所出现的问题进行研究，具体现象为断路器上触头盒套管和穿柜套管局部放电，套管绝缘材料均为浇注环氧树脂。本论文通过对产生放电的原因进行分析，找出合理的解决方法，对于预防该类事故的发生有着积极的意义。
1 局放检测方法
开关柜内部发生局部放电时，设备内部和周圍空间会产生一系列的光、声、电气和机械的振动等物理现象和化学变化。这些伴随局部放电而产生的各种物理和化学反应为诊断电力设备内部绝缘状态提供了检测信号。目前，可利用超声波局、超高频及暂态地电压技术来有效的发现因导体尖角、屏蔽不良等产生的空气中的放电现象，通过对测试数据的比较分析可以对开关柜内部绝缘情况进行评估，及时发现绝缘缺陷。
1.1 超高频检测法
局部放电过程中将产生很陡的脉冲电流，其快速上升时间小于1ns，并向四周辐射出频率高达GHz电磁波。超高频法的检测原理即为采用宽带高频天线（300MHz-1GHz传感器）接收局放陡脉冲激发的电磁波来判断放电状况，生产现场的电晕等干扰信号其频段主要集中在300MHz以下，因此特高频法可有效避开大部分现场干扰，具有较高的灵敏度和抗干扰能力，能够很好的实现局部放电带电检测以及缺陷类型识别等功能，从而反应出开关柜内部的缺陷类型及大体位置。
1.2 超声波检测法
局放声波信号主要集中在0～100kHz的频率范围内，但干扰信号功率谱基本都在0～40kHz之间，语音干扰信号频谱集中在10kHz以下，而且振动、背景噪声也主要在此频段。因此，当开关柜内部发生局部放电时会产生冲击振动及声音，且很快向四周介质传播，可以采集频带为20～100kHz的超声信号来检测局部放电。通过安装在电力设备外壁上的超声波传感器，将超声波信号转换为电信号，就能对设备的局部放电水平进行测量。
1.3 暂态电压监测法
当高压电气设备发生局部放电时， 放电电量先聚集在与放电点相邻的接地金属部分， 形成电流脉冲并向各个方向传播。对于内部放电， 放电电量聚集在接地屏蔽的内表面， 因此， 如果屏蔽层是连续时无法在外部检测到放电信号。但实际上， 屏蔽层通常在绝缘部位、垫圈连接处、电缆绝缘终端等部位出现破损而导致不连续， 这样， 高频信号就会传输到设备外层。放电产生的电磁波通过金属箱体的接缝处或气体绝缘开关的衬垫传播出去， 同时产生一个暂态电压， 通过设备的金属箱体外表面而传到地下去，频率在（3-100MHz）。这些电压脉冲是于1974 年由Dr John Reeves 首先发现， 并把它命名为Transient Earth Voltage 暂态对地电压， 简称TEV。
2 现场故障实例分析
2.1 柜体故障情况
我公司220kV蔡庄站35kV开关柜运行两年时间内多处出现较为明显的放电声响，现根据该问题发现、处理情况，对开关柜内部放电现象进行分析如下。该开关柜为厦门华电开关有限公司产品，型号为AMS—40.5，2010年12月生产，2011年5月投运。2012年夏天开始出现局部小范围放电现象，2013年7月份，220kV蔡庄变电站运行值班人员在日常巡视的过程中，发现了35kV高压室的开关柜内发出了“呲呲”的放电声响，且声音强度较大，后经停电检验后发现柜体绝缘出现了以下现象，各绝缘套管外伞裙外沿处的相间方向.
2.2 运行环境情况
在观察更换下来的柜体绝缘的表面情况后，可以发现浇注环氧树脂绝缘表面存在很薄的污秽层，用手擦拭可以感觉到有一定的湿度
3 试验情况介绍
对新更换后的AMS-40.5柜体绝缘进行80%的耐压试验，同时采用便携式局部放电检测仪（韩国Hanbit），
检测超高频局部放电信号.加压60kV的耐压试验通过，
但试验过程中的局部放电现象明显，外施电压到30kV时，明显听见较大范围的放电声。
4 故障分析及初步处理
4.1 可能造成该现象的故障原因
4.1.1开关柜触头盒设计缺陷
220千伏蔡庄站35千伏开关柜为AMS-40.5中置式金属铠装封闭开关设备，即目前国内较多生产的固封体绝缘高压金属封闭开关设备，其高压带电部分的绝缘是由空气间隙和浇注环氧树脂组成的复合绝缘，在正常干燥净化条件下其耐压水平.与真正的固体绝缘高压金属封闭开关设备高压带电部分绝缘完全由浇注环氧树脂制品承担，并在浇注环氧树脂外表面喷涂金属层并接地不同，在高压相间和对地间由各空气间隙和各浇注环氧树脂绝缘层构成的复合绝缘中，空气间隙和浇注环氧树脂各绝缘层的电场强度取决于它们的电容分布。当空气间隙过小，或运行环境使空气间隙绝缘水平下降，将使空气间隙击穿，出现典型悬浮放电的局部放电现象。
4.1.2开关柜设计有缺陷
这种固封结构开关柜的局部放电起始电压Vc和绝缘击穿电压Vb与空气间隙长度的关系如下图。尽管在空气间隙长度足够且干燥净化条件下，其的击穿电压约为金属电极纯空气间隙的3倍。复合绝缘提高局部放电和电击穿电压的两个主要原因是：形成放电所需的初始电子不足（因为发生局部放电的区域是绝缘表面）和放电沿绝缘表面的发展受到电晕稳定效应的阻止。但当浇注环氧树脂绝缘表面由于环境湿度等因素，存在导电率较高的污秽层时，就破坏了复合绝缘提高局部放电和电击穿电压的两个要素。所以，局部放电起始电压Vc将随之大大下降。
5 结束语
本文通过对220kV蔡庄站开关柜触头盒的放电现象进行分析，找出了出现该现象的各个原因，并得到了以下结论：
未使用内部带有屏蔽罩的静触头盒，导致在运行和开关分合闸时电场畸变，进而出现放电现象。厂家设计缺陷，相间空气间隙较小，电场强度较高。静触头盒与母线连接处没有半导电秞均压层，造成运行时电场极不均匀。在潮气较大的运行环境运行，使得放电现象更容易发生。以上是造成放电现象的主要因素，此外，针对柜内放电现象的产生应以防为主，在出现放电现象之前对设备本身进行检查，发现隐患后及时消除，对运行环境应该更高标准，对于柜内除潮应更加全面，室内运行应有更好的除湿通风条件，在设备投运之时应选择绝缘性能更好的开关柜，为后期运行创造更好的条件。在针对各因素进行改善后，可有效避免放电现象的发生，减少开关柜故障隐患，对设备运行维护有很大的帮助。
参考文献
[1] 王文峰、张清杰、蒋立齐.40.5kV开关柜穿墙套管电场分析与优化设计.1647-1951（2011）02-0020-02.