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摘 要：以某35 kV高压柜受潮放电故障为例，组织停电检查以及绝缘性能试验，辨识装置自身及其所在环境中存在的干扰因素，由此有针对性地探讨绝缘性能发生下降的具体机理，再据此提出相适应的治理措施，以供参考。
关键词：35 kV高压柜;受潮放电;建模分析
1 开关柜受潮放电的数据检查及分析
1.1 带电测试结果
某35 kV开关柜安装在室内，主变经穿墙套管进柜，后柜出线为电缆出线形式。主接线采用单母分段接线，所配置的两段母线由母分隔离和母分开关连接，日常运行过程中母分开关呈热备用状态。在该35 kV高压柜的日常运行中，某次带电测试时发生突发状况，结果显示局部放电数据偏离正常值，该阶段开关室内的环境参数为温度12 ℃、湿度70%，空调正启用除湿功能，但湿度未得到有效控制。针对该现象，技术人员将前、后柜门以及侧柜门作为重点考虑对象，对此类装置做暂态地电压和超声局部放电检测，主要数据如表1、表2、表3所示。
表中，幅值反映的是超声局放数据的强度，放电类型是频率成分1、频率成分2的关键影响因素，尖端放电时局放信号有频率成分1，而在空穴放电或悬浮电位体放电过程中，可以发现此时的局放信号有频率成分2，在放电信号强度持续增加之下其数据也有逐步加大的变化趋势。通过对表1、表2、表3的对比分析发现，相比于背景值，暂态地电压和超声检测数据均有所增大。根据要求，暂态地电压幅值需要在20 dB以内，而超声幅值需在8 dB以内，但多个间隔检测数据均显示其超过该控制区间，同时超声检测结果中含有部分频率成分1和频率成分2的数据。由此看出该开关柜有局放问题，并且最为明显的是母分开关和母分隔离间隔局部放电情况。
1.2 开关柜的停电检查
针对前述的带电测试结果，进一步将开关柜Ⅰ段母线改为检修状态，在此条件下组织停电检查。结果显示，部分间隔的手车开关动触头由于发生氧化而形成铜绿，还有部分开关套筒内静触头存在较明显的放电痕迹。揭开电缆沟盖板做详细的观察，结果显示电缆沟内含大量的积水，甚至有部分电缆已处于被水浸泡的状态。经检测，明确电气设备的绝缘电阻，实测结果显示，存在母线及开关静触头绝缘性能异常的情况，在使用中难以满足绝缘要求。
较上次试验结果，此处的绝缘电阻数值均有大幅度下降的变化。取A、B、C三相母线，围绕三部分展开针对性的交流耐压试验，发现B相母线在60 kV电压下母分开关静触头对地放电，而对于A、C两相母线，待开关柜电压增加至35 kV时运行状态异常，伴有较为强烈的异响。可以发现，三相母线并未满足76 kV电压条件下的试验要求（即未通过1 min的耐压试验），此现象揭示了母线或开关静触头套筒绝缘性能不足的事实。综合前述提及的试验分析结果，认为开关柜内部已经受潮，设备所具备的绝缘性能大打折扣，而这正是导致局部放电的关键所在。
2 开关柜受潮及绝缘性能下降的主要原因
2.1 开关柜受潮的主要原因
（1）开关室内湿度较大，大量湿气发生渗透，逐步转至开关柜内，提高了该装置内的湿度。变电站所在区域的气候具有雨水较多的特点，加剧了开关柜的受潮程度。开关室两侧墙底部有通风口，水汽从湿度较高的区域向湿度较低的区域发生转移，在该流动路径中部分水汽经由通风口转至室内，虽然室内配备了两台空调用于除湿，但运行能力有限，除湿效率滞后于湿气的涌入速度，并不能从根本上降低开关室内的湿度[1]。此外，铠装开关柜采取非全密封的结构形式，一些部位严密性不足，给湿气的流动提供了通道，部分湿气经由缝隙等细微处进入柜内。
（2）电缆孔洞缺乏足够的密封性，湿气进入开关柜内。现场检查结果显示，开关室周边土壤存在地表水且该部分的水位较高，而建设的电缆沟缺乏足够的防水性能，导致电缆沟内积水，随着该现象持续发展，电缆有被积水浸泡的可能。开关柜的局部缺乏严密性（主要指的是进出线孔洞处，严密性不足），难以充分发挥出密封防湿气的作用，因此开关柜内有源自于电缆沟的湿气。
（3）母分开关保持热备用状态，该处及母分隔离间隔温度比其他带负荷间隔低，湿气会在此类区域发生凝结，形成大量的水珠，湿度随之增加。
2.2 开关柜内设备绝缘性能下降的主要原因
（1）绝缘材料受潮后导电离子数量增加，绝缘性能下降，并且在受潮程度加重时绝缘性能有更明显的削弱迹象。
（2）開关柜采用环氧树脂绝缘材料，相比于水，其介电常数较小，各介质的场强与介电常数成反比的关系（场强的出现主要是由于现场存在交流电场）。绝缘材料受潮后，绝缘件各部分的实际受潮程度并非完全一致，存在轻度和重度两个层次，两者间的电场在运行时存在分布不均的情况，相比之下重度受潮更容易放电。
3 针对开关柜受潮放电以及绝缘性能下降的治理措施
在探明高压柜受潮放电的具体原因后提出相应的治理措施：
（1）优化绝缘材料的性能，具体从绝缘能力和绝缘裕度的提升切入，在此方式下增强材料的憎水性。针对绝缘件的结构做合理优化，尽可能减少伞裙受潮的范围，由此达到提高绝缘性能的效果。
（2）在开关柜内适配除湿器，例如加热器，通过此类装置的应用促进湿气的蒸发，类似地，在开关室内配套性能稳定可靠的除湿设备。在除湿配套化工作中重点考虑除湿率ω、渗入柜内以及室内的湿气渗入率λ（此项参数的受扰因素较多，包含室内外的湿度差、渗入口的风速等），若ω>λ，柜内湿度将会降低。因此，可以根据此规律合理调控，避免柜内湿度过高的情况。
（3）提高电缆沟的防水性能也至关重要，能避免地表水渗入电缆沟内。因此，在前期勘察、设计、施工等各阶段均要高度重视电缆沟的防水性能，做好设计以及施工等相关工作，确保建成的电缆沟有较高的防水性能，从源头上减少甚至完全避免渗水，降低电缆沟的湿度，最终达到避免开关柜内湿气量过大的效果。调整开关室的位置也是可行的方法，将其提升至变电站的二楼，根据开关室与电缆沟之间的位置关系增设合适尺寸的电缆夹层，采取此方法可减少电缆沟向开关柜内渗入的湿气量。
（4）针对开关柜柜门和电缆孔洞存在间隙的情况，应切实提高其密封性，隔绝湿气的流动渠道，以免柜外湿气向柜内渗入。适配可开合窗户也是可行的方法，宜将其布设在开关室通风口处，根据户外的湿度对窗户的启闭状态做灵活调整。例如，户外湿度较大时随即关闭窗户，隔绝外界湿气的渗入，避免开关室内湿度异常偏高。
经过高压柜受潮放电的调查、原因分析、治理措施的制订与落实等流程化工作后，最终形成一套相对完善的治理方案，针对各存在问题的部位采取了处理措施。经一年的跟踪监测发现，开关室、开关柜两处的湿度均得到控制，分别约为50%、48%，无异常升高的迹象，且开关柜不再出现局部放电问题。此外，停电检查结果显示开关柜不再有受潮、老化现象。总体来看，开关室以及开关柜的湿度可控，运行安全性较好，效率较高，所采取的治理措施具有可行性。
4 结语
综上所述，本文以某35 kV高压柜受潮放电故障为例，沿着“检测及数据描述→主要原因分析→治理措施制订”的思路展开分析，介绍了该高压柜受潮放电的主要异常状况、原因及针对既有问题的治理措施，希望本文内容可以给类似工程提供参考。
[参考文献]
[1] 张建设.35 kV高压柜受潮放电原因分析及治理[J].机电信息，2015（15）：67.
收稿日期：2021-07-26
作者简介：刘源（1990—），男，河南永城人，工程师，从事高低压电气系统试验调试方面的工作。
关键词：35 kV高压柜;受潮放电;建模分析
1 开关柜受潮放电的数据检查及分析
1.1 带电测试结果
某35 kV开关柜安装在室内，主变经穿墙套管进柜，后柜出线为电缆出线形式。主接线采用单母分段接线，所配置的两段母线由母分隔离和母分开关连接，日常运行过程中母分开关呈热备用状态。在该35 kV高压柜的日常运行中，某次带电测试时发生突发状况，结果显示局部放电数据偏离正常值，该阶段开关室内的环境参数为温度12 ℃、湿度70%，空调正启用除湿功能，但湿度未得到有效控制。针对该现象，技术人员将前、后柜门以及侧柜门作为重点考虑对象，对此类装置做暂态地电压和超声局部放电检测，主要数据如表1、表2、表3所示。
表中，幅值反映的是超声局放数据的强度，放电类型是频率成分1、频率成分2的关键影响因素，尖端放电时局放信号有频率成分1，而在空穴放电或悬浮电位体放电过程中，可以发现此时的局放信号有频率成分2，在放电信号强度持续增加之下其数据也有逐步加大的变化趋势。通过对表1、表2、表3的对比分析发现，相比于背景值，暂态地电压和超声检测数据均有所增大。根据要求，暂态地电压幅值需要在20 dB以内，而超声幅值需在8 dB以内，但多个间隔检测数据均显示其超过该控制区间，同时超声检测结果中含有部分频率成分1和频率成分2的数据。由此看出该开关柜有局放问题，并且最为明显的是母分开关和母分隔离间隔局部放电情况。
1.2 开关柜的停电检查
针对前述的带电测试结果，进一步将开关柜Ⅰ段母线改为检修状态，在此条件下组织停电检查。结果显示，部分间隔的手车开关动触头由于发生氧化而形成铜绿，还有部分开关套筒内静触头存在较明显的放电痕迹。揭开电缆沟盖板做详细的观察，结果显示电缆沟内含大量的积水，甚至有部分电缆已处于被水浸泡的状态。经检测，明确电气设备的绝缘电阻，实测结果显示，存在母线及开关静触头绝缘性能异常的情况，在使用中难以满足绝缘要求。
较上次试验结果，此处的绝缘电阻数值均有大幅度下降的变化。取A、B、C三相母线，围绕三部分展开针对性的交流耐压试验，发现B相母线在60 kV电压下母分开关静触头对地放电，而对于A、C两相母线，待开关柜电压增加至35 kV时运行状态异常，伴有较为强烈的异响。可以发现，三相母线并未满足76 kV电压条件下的试验要求（即未通过1 min的耐压试验），此现象揭示了母线或开关静触头套筒绝缘性能不足的事实。综合前述提及的试验分析结果，认为开关柜内部已经受潮，设备所具备的绝缘性能大打折扣，而这正是导致局部放电的关键所在。
2 开关柜受潮及绝缘性能下降的主要原因
2.1 开关柜受潮的主要原因
（1）开关室内湿度较大，大量湿气发生渗透，逐步转至开关柜内，提高了该装置内的湿度。变电站所在区域的气候具有雨水较多的特点，加剧了开关柜的受潮程度。开关室两侧墙底部有通风口，水汽从湿度较高的区域向湿度较低的区域发生转移，在该流动路径中部分水汽经由通风口转至室内，虽然室内配备了两台空调用于除湿，但运行能力有限，除湿效率滞后于湿气的涌入速度，并不能从根本上降低开关室内的湿度[1]。此外，铠装开关柜采取非全密封的结构形式，一些部位严密性不足，给湿气的流动提供了通道，部分湿气经由缝隙等细微处进入柜内。
（2）电缆孔洞缺乏足够的密封性，湿气进入开关柜内。现场检查结果显示，开关室周边土壤存在地表水且该部分的水位较高，而建设的电缆沟缺乏足够的防水性能，导致电缆沟内积水，随着该现象持续发展，电缆有被积水浸泡的可能。开关柜的局部缺乏严密性（主要指的是进出线孔洞处，严密性不足），难以充分发挥出密封防湿气的作用，因此开关柜内有源自于电缆沟的湿气。
（3）母分开关保持热备用状态，该处及母分隔离间隔温度比其他带负荷间隔低，湿气会在此类区域发生凝结，形成大量的水珠，湿度随之增加。
2.2 开关柜内设备绝缘性能下降的主要原因
（1）绝缘材料受潮后导电离子数量增加，绝缘性能下降，并且在受潮程度加重时绝缘性能有更明显的削弱迹象。
（2）開关柜采用环氧树脂绝缘材料，相比于水，其介电常数较小，各介质的场强与介电常数成反比的关系（场强的出现主要是由于现场存在交流电场）。绝缘材料受潮后，绝缘件各部分的实际受潮程度并非完全一致，存在轻度和重度两个层次，两者间的电场在运行时存在分布不均的情况，相比之下重度受潮更容易放电。
3 针对开关柜受潮放电以及绝缘性能下降的治理措施
在探明高压柜受潮放电的具体原因后提出相应的治理措施：
（1）优化绝缘材料的性能，具体从绝缘能力和绝缘裕度的提升切入，在此方式下增强材料的憎水性。针对绝缘件的结构做合理优化，尽可能减少伞裙受潮的范围，由此达到提高绝缘性能的效果。
（2）在开关柜内适配除湿器，例如加热器，通过此类装置的应用促进湿气的蒸发，类似地，在开关室内配套性能稳定可靠的除湿设备。在除湿配套化工作中重点考虑除湿率ω、渗入柜内以及室内的湿气渗入率λ（此项参数的受扰因素较多，包含室内外的湿度差、渗入口的风速等），若ω>λ，柜内湿度将会降低。因此，可以根据此规律合理调控，避免柜内湿度过高的情况。
（3）提高电缆沟的防水性能也至关重要，能避免地表水渗入电缆沟内。因此，在前期勘察、设计、施工等各阶段均要高度重视电缆沟的防水性能，做好设计以及施工等相关工作，确保建成的电缆沟有较高的防水性能，从源头上减少甚至完全避免渗水，降低电缆沟的湿度，最终达到避免开关柜内湿气量过大的效果。调整开关室的位置也是可行的方法，将其提升至变电站的二楼，根据开关室与电缆沟之间的位置关系增设合适尺寸的电缆夹层，采取此方法可减少电缆沟向开关柜内渗入的湿气量。
（4）针对开关柜柜门和电缆孔洞存在间隙的情况，应切实提高其密封性，隔绝湿气的流动渠道，以免柜外湿气向柜内渗入。适配可开合窗户也是可行的方法，宜将其布设在开关室通风口处，根据户外的湿度对窗户的启闭状态做灵活调整。例如，户外湿度较大时随即关闭窗户，隔绝外界湿气的渗入，避免开关室内湿度异常偏高。
经过高压柜受潮放电的调查、原因分析、治理措施的制订与落实等流程化工作后，最终形成一套相对完善的治理方案，针对各存在问题的部位采取了处理措施。经一年的跟踪监测发现，开关室、开关柜两处的湿度均得到控制，分别约为50%、48%，无异常升高的迹象，且开关柜不再出现局部放电问题。此外，停电检查结果显示开关柜不再有受潮、老化现象。总体来看，开关室以及开关柜的湿度可控，运行安全性较好，效率较高，所采取的治理措施具有可行性。
4 结语
综上所述，本文以某35 kV高压柜受潮放电故障为例，沿着“检测及数据描述→主要原因分析→治理措施制订”的思路展开分析，介绍了该高压柜受潮放电的主要异常状况、原因及针对既有问题的治理措施，希望本文内容可以给类似工程提供参考。
[参考文献]
[1] 张建设.35 kV高压柜受潮放电原因分析及治理[J].机电信息，2015（15）：67.
收稿日期：2021-07-26
作者简介：刘源（1990—），男，河南永城人，工程师，从事高低压电气系统试验调试方面的工作。