35kV开关柜放电故障分析及处理

摘要：电网建设中开关柜及供配电管理系统是输变电设备的重要设备。在电力系统的发展下，人们的生活与工作越来越离不开电能，保证电力系统的稳定运行十分重要。如何针对性地进行故障的诊断与排除有助于电力系统的稳定进行。现在阶段中，开关柜是电力系统中非常重要的部件。在国家快速发展以及居民生活保障下，社会方面对供电可靠性的要求正在逐渐提高。在国家颁布的相关法规与中，超大规模的输配电以及电网已经被列入电力系统中的重要发展保障。开关柜的使用在电力系统中非常重要，其是电力系统中的重要部分，其安全性的使用受到了众多各界人员关注。本文主要对35kV开关柜放电故障分析及处理，详情如下。

关键词：35kV；开关柜；放电故障；处理 引言

根据相关数据统计中可以看出，在不少发电公司中的开关柜都会存在一定故障发生的情况，这对于社会以及国家都造成比较大的经济损失。这些故障的存在主要是因为两个方面的原因，一方面，部分开关柜质量上面存在问题导致了故障的产生。另一方面，对于开关柜使用来说，缺乏有效监测手段，使得故障产生时不能及时进行诊断，导致了问题的产生。如何利用智能在线检测系统在开关柜中的使用，将可以避免存在的经济损失。

1 35kV开关柜放电故障

在近几年高压柜运行时出现了多起开关柜的事故，主要情况为开关柜内出现放电，影响了整个电网的运行，危及设备及人身安全。对放电事故进行分析，通过查找原因，找出办法，预防今后发生类似事故，确保电力系统安全。

1.1开关柜断路器防跳继电器无法复归问题

35kV开关柜放电故障之一是开关柜断路器防跳继电器无法复归问题。开关柜的主要作用是在电力系统进行发电、输电、配电和电能转换的过程中进行开合、控制和保护用电设备。其关键部件包含断路器、操动机构、互感器及各种继电保护装置。其中断路器是保证电力系统稳定、可靠的关键电气设备；继电保护装置则是为了更加智能、精确地监视电力系统，控制断路器对电力系统进行保护的二次设备。在变电站运行中，若出现断路器合闸永久性故障，继电保护动作，驱动开关柜内断路器跳闸，此时断路器合闸命令仍未解除，断路器将再次合闸，如此断路器将出现反复合分，这种断路器跳跃现象可能导致断路器爆炸。测量断路器合闸回路发现，断路器合闸回路开断，断路器防跳继电器一直处于自保持状态。不难得出断路器无法进行第二次合闸的原因为防跳继电器无法失电复归，导致合闸回路一直处于断开状态。再测量继电保护合闸出口无电压，说明继电保护正常，且无故障合闸命令。测量跳位监视出口则存在较高电压。而故障断路器的防跳继电器一直处于励磁状态，说明回路中某个回路提供电压能够满足防跳继电器的励磁电压，使防跳继电器一直处于自保持状态，无法复归，导致断路器合闸回路断开，无法合闸。

1.2不同绝缘气体下35kV开关柜柜温升

35kV开关柜放电故障之二是不同绝缘气体下35kV开关柜柜温升。35kV开关柜分配电能的重要开关设备，直接关系着电网的安全可靠运行，近年来广受关注。大部分开关柜采用SF6气体作为开关柜的绝缘介质，因其占地面积小、维护次数少以及不受外界环境影响等性能成为高原、沿海等恶劣环境地区的首选方案。SF6是一种惰性气体，绝缘和消弧性能优良，但其对大气也造成一定的影响。近年来，伴随着对国家环保力度的加大、公众环保意识的提高以及深入人心的绿水青山理念，应用环保气体的35kV开关柜逐渐成为了目前一种有效的解决方案。

1.3 35kV开关柜设备的凝露

35kV开关柜放电故障之三是35kV开关柜设备的凝露。“凝露”是指空气在短时间内水汽含量和气压不变的条件下，其中水蒸气达到露点温度以液态形式析出并附着于临近固体表面的现象。若温度持续降低至露点温度，空气中的水分达到饱和，于是出现凝露，水分以水珠的形式凝结在温度较低的金属柜体或绝缘件

表面，凝露、污秽对开关设备内部固体绝缘部件表面绝缘性能影响较大，若使用环境内凝露现象长期存在，绝缘部件在电、热、污秽等因素作用下憎水性能会逐渐降低，容易诱发高压回路上绝缘表面爬电或对地闪络。此外，凝露还会引起柜内材料霉变、金属件锈蚀等问题，导致开关设备机械故障概率增加。

2 35kV开关柜放电故障分析及处理

2.1开关柜断路器防跳继电器无法复归问题处理措施

35kV开关柜放电故障分析及处理措施之一是开关柜断路器防跳继电器无法复归问题处理措施。需要解决从继电保护跳位监视出口的电压，由于微机保护内部电路已经过调试，且微机保护属于特殊加工部件，不具备调整微机保护电路的条件，无法从微机保护上更改，根据实际情况，应考虑调整断路器整个跳位监视回路。首先是降低断路器跳位监视两端电压，使其电压小于断路器防跳继电器的励磁电压，但仍需考虑微机保护跳位继电器所需电压大小，在断路器跳位监视回路与微机保护跳位监视之间中串入一个分压电阻，阻值需要测量，一般的防跳继电器启动电压为28V左右，根据实际情况测量电压与电阻，考虑实际情况确定分压电阻，要保证回路整改后使防跳继电器的两端电压不大于28V。其次是运行现场条件简陋，考虑调整断路器接线，由于断路器防跳继电器自保持电压来自微机保护跳位监视正电源经过断路器。然后接入电源负端形成的回路，为了解决防跳继电器两端存在励磁电压的问题。最后是如要彻底解决此问题，需要整改断路器内部跳位监视回路，使从微机保护跳位监视回路出来的正电压在防跳继电器启动时无法在防跳继电器的两端形成励磁电压。将跳位监视与防跳回路中串接入防跳继电器节点，当防跳继电器启动后，该节点断开，完全切断防跳继电器回路，使其失压复归，防止防跳继电器线圈两端经过跳位监视回路形成分压回路，出现线圈自保持，无法合闸。总之，调整断路器合闸回路两端接线为最简便方案，只需要调整端子排上两根接线，且目前断路器跳闸线圈及继电器励磁线圈都具有极性可互换性，所以无需考虑电源极性的接线，但是未能实现回路逻辑完整性。增加防跳回路中继电器节点方案，一般适用于断路器还未生产时，增加此节点需要更改断路器控制线路板接线，比较复杂，但对于回路的功能完整性、断路器的可靠性都有了提升。

2.2 35kV开关柜柜仿真模型的建立

35kV开关柜放电故障分析及处理措施之二是35kV开关柜柜仿真模型的建立。35kV开关柜通电导体部分包括主母排、分支母排、动静触头、断路器导体、电流互感器导体以及电缆室电缆。因为导体件的圆孔、腰圆孔和圆角等结构的设计以及电场分布的优化，对铜排欧姆损耗的影响很小，所以为了优化计算量，可以忽略各种装配孔。机柜内电流互感器本身的温升要求已经有明确的规定，发热量影响整个温度场分布的可能性较小，而接地开关在正常运行时不进行投运，故均忽略。将柜体简化为平板，忽略仪表室内的二次设备。在温度场模型中，热传递主要有传热、对流和辐射等过程。根据仿真对比分析发现，热辐射对于开关柜温升变化影响较小，因此在热分析过程中仅考虑热传导和热对流对温升的影响。开关柜的真空灭弧室内部为真空状态，因此不存在气体的对流散热过程，只有导体内部的热传导。在流体动力学模型中，热源产生热量，加热零部件周围的气体，使气体在重力作用下流动，气体的流动促进了导电回路的散热，从而形成了自然对流过程。假设气体流动的广义雷诺数足够小，整个内部空间处于层流状态，因此，针对自然对流建立气体的质量传递、动量传递和能量传递的过程。气体流速快慢的主要因素是通电导体表面温度以及气体的动力黏度。通电导体表面温度越高，周围气体的温度越高，流速也越快。当动力黏度减小时，气流在流动过程中的阻力也随之减小，所以流速加快，反之，流速缓慢。通电导体温升从低到高分别为电缆触头、进线母排接触处、梅花和断路器触头。在断路器手车室内，由于断路器触头中为真空环境，其附近不存在气体自然对流，因此其周围空气流动缓慢；梅花触头上方的空气流速最高，上下触头盒之间气体流动也较为快速；在母线室和电缆室内，母排上方和电缆周围的空气受热源影响，流速也较高；而仪表室内不存在热源，虽然存在环流现象但流速较为缓慢。

2.3加强户内开关设备运行监测

35kV开关柜放电故障分析及处理措施之三是加强户内开关设备运行监测。长期凝露会显著降低35kV开关柜设备外绝缘强度，诱发高压带电回路上绝缘表面爬电或对地闪络，导致供电中断甚至危及操作人员安全。加强户内开关设备运行

中凝露环境监测与控制和提高开关设备抗凝露水平是预防此类事故的主要技术措施。

2.4电弧光超声探测技术

35kV开关柜放电故障分析及处理措施之四是电弧光超声探测技术。（1）无线温度测量与传感器组网技术。这一技术在研究过程中主要是针对电网系统中存在的低功耗情况进行研究，从zigbee的无线测温技术进行出发，结合无线传感组网、路由、协调等众多方面的技术进行分析与研究，进而更好地了解智能在线监测系统在开关柜中的使用。（2）SCADA系统的接口技术。这一技术的使用在进行研究过程中主要是针对通讯协议等方面进行分析，从而进行信息的获取、收集、分析与处理等。（3）开关柜状态的评价判断。通过这一个技术的使用主要可以获取到温度、紫外线数据、湿度、温度、电流等情况进行综合性分析，从而在各种数据的基础上面得出开关柜的运行状态。从以上三种技术进行分析后可以进行开关据的设计，从而可以对电网状态进行综合性评判，将故障数据进行正确诊断。基于智能在线监测系统开关柜可以实现对开关柜的正确诊断与分析。就目前阶段来说，开关柜数量非常多，由于开关柜所引起的故障也相对较多，采用三种技术综合可以有效将故障进行充分分析，进而将运行状态进行监测，对所获得相关数据进行分析，从而最大程度降低故障发生率，产生较大的经济效益与社会效益。

2.5在线测温技术在35kV开关柜的应用

35kV开关柜放电故障分析及处理措施之五是在线测温技术在35kV开关柜的应用。35kV开关柜是变配电所中非常重要的电气设备，具有占地面积小,结构紧凑合理,安全防护性能好,维护方便且便捷等优点，广泛应用于发电、输电、配电和电能转换的过程中，进行开合、控制和保护用电设备。开关柜断路器室的手车通过在工作位置与试验位置实现工作和断开二种工作模式。在工作位置时，断路器手车动触头的触指与母线相连的静触头相接触，实现电能从母线→动、静触头→断路器→动、静触头→分支母线→用电户的传输。动、静触头接触是否良好直接关系高压柜的安全运行，但因断路器室密封结构特点，变配电所的值班员工无法通过使用红外测温仪或红外热成像仪安全、有效地测量到断路器室动、静触头

的运行温度，一旦动、静触头接触不良过热将导致电气事故，造成生产与设备的损坏事故。具体可应用在线测温技术进行控制

2.5.1光纤测温系统

以光纤为温度传感器和通信载体，光纤上的每一点都兼具“传”和“感”的功能，敷设在高压柜接触点上，通过测量光纤内传播及散射的光束，来分析并计算出被测物的温度，能准确测量高压柜触点的运行温度。光纤具有优异的绝缘性能，能够隔离开关柜内的电气高压。但受开关柜结构影响，在柜内布线难度较大。光纤具有易折、易断的缺点，因此光纤测温装置适用于长距离、大面积、测点多的场所，如电力电缆。

2.5.2表面声波测温系统

采用特殊设计的声表谐振器（SAW）,当有一个固定频率的电波输入到声表谐振器，谐振器输出的电波信号频率会随着谐振器感受到的环境温度的变化而变化，通过采集谐振器的输出频率，就可以换算出谐振器对应的环境温度，达到测量环境温度的目的。系统主要由声表面波无线测温探头（传感器）和基于雷达原理的温度读取器组成。温度读取器也同时需要安装在探头开关柜中，也需固定一根天线，需要在开关柜内布置接收天线，天线需要和测温点的终端无障碍，安装比较麻烦。

2.5.3有源无线测温系统

将监测模块安装在被测物上，采集到的温度信息再通过无线信号发送至接收端。监测模块的工作电源一般选用性能优良的进口钮扣电池，采用无线射频信号技术。由于开关柜断路器室的温度较高，高温下电池寿命大大降低，实际寿命很不确定，更换电池须进行停电操作，直接影响用户的正常供电，另一方面电池长期处于高温下可能存在液体渗漏及腐蚀金属表面，后期更换钮扣电池成本高。

2.6特高频检测法(UHF)

UHF法是通过UHF传感器对电力设备局放产生的特高频信号进行检测，判断设备局部放电状况和绝缘状态。UHF法具有灵敏度高和抗干扰能力强等优点，可

实现局放带电检测、定位、故障类型判断。检测前需关闭手机、荧光灯等可能产生特高频信号的设备，检测点选择开关柜上的观察窗、排风叶窗。

特高频检测法UHF检测时可检测PRPS图谱(脉冲序列相位分解)、PRPD图谱(局部放电相位分解)和周期图谱，不同放电类型检测数据和图谱不同。悬浮放电PRPS图谱幅值较大，柱状图走势有内八字特征，相位分布较窄；PRPD图谱幅值都较大，无小信号，打点位置都在上面两格；周期图谱每周期一对脉冲信号，幅值较大，相位相差180°。电晕放电PRPS图谱每个周期一簇，脉冲数非常密集，相位分布宽；PRPD图谱幅值有大有小，一般小的多，放电点数量非常密集，相位分布较宽；周期图谱每周期一组脉冲信号，幅值有大有小，数量较多。气隙放电PRPS图谱每个周期一簇，幅值有大有小，脉冲数较多，幅值不是很大相位分布较宽；PRPD图谱每个周期一簇，幅值有大有小，但不会很大，放电点数量较多，相位分布较宽；周期图谱每周期一组脉冲信号，幅值有大有小，数量较多。

2.7暂态地电压检测法(TEV)

局部放电发生时，放电点会产生两个方向传播的高频电流波。该高频电流波受集肤效应的影响，仅集中在金属柜体内表面传播而不会直接穿透。当传播到金属断开或绝缘连接处时电流波转移至外表面，并以电磁波形式进入自由空间。电磁波上升沿碰到金属外表面，产生暂态地电压。通过测量暂态地电压的大小可判断局部放电的严重程度。

对高压开关柜进行局放测试前应消除环境电磁辐射的影响，即先进行背景值的测量，记录空气、金属制品(金属门、金属窗)的背景值。这是因为开关柜外部的电磁干扰会在开关柜上产生暂态对地电压，同样也会在其他金属制品上产生暂态对地电压。为消除这个外部干扰产生的TEV，开始测试前在开关室的不同位置测试3～5个点(非带电金属体)的值，并取其均值作为背景参考值，测试时将仪器上的显示值减去背景参考值即为开关柜实际局放值。

测试过程中要注意排除干扰，如当发现某台开关柜局放值突然增大时，应首先排除环境背景值改变的干扰，再次对背景进行测量；避免随身用电设备(如手机)的干扰；注意荧光灯、排风机等的干扰。开关柜测试点通常选择前柜门的中、

下部和后柜门的上、中、下部五个测试点，条件允许时还可在开关柜的两个侧面进行测量。

结语

35kV高压柜是重要的电力设备，其运行的稳定性对生产稳定及生产安全都有重大影响。通过对该放电事故的分析，提出相关的措施，对确保安全稳定运行起到了积极的作用。自检修之后，严格按照要求进行维护，35kV变电站高压室湿度都控制在45%以下，设备能够安全稳定运行，给公司创造了更大的经济价值。

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