电工电气 (20 7 No. 2)
胡春旭
(无锡市新吴区住房和建设交通局，江苏 无锡 214028)
0 引言
目前我国电力系统35kV电压等级的开关设备普遍选用KYN61-40.5的开关柜，该柜体积小、装置紧凑，主开关断路器均选用移开式手车结构，环氧树脂高压触头盒、穿墙套管、绝缘子在柜内均被采用，断路器手车及功能手车都是通过摇柄机构，将手车上断路器送入工作位置，一次触臂通过“爪装型”梅花触头与触头盒内静触头插入压接，由于大多数选用矩形铜排搭接，加之电压等级高，电场强弱分布不均匀，在触头盒内、外裸露的空气中易产生电晕放电现象，现通过一起35kV触头盒放电事例的故障分析和处理，探讨35kV触头盒的改进。 1 故障分析
某35kV变电站内共有进线隔离柜、站用变柜、计量柜、母线PT柜、进线总柜各1台，变压器馈线柜3台，
电脑视保屏共计8台，其中进线总柜和变压器馈线柜共4台为国际品牌的断路器，于2014年6月28日正常送电后，发现进线总柜有较轻的“咝咝”声，由于旁边有所用变发出的正常电磁声，因此“咝咝”声显得不是很大，当时被判断为“灰尘”电离声，具体判断要待运行中观察。带负荷运行2个月后，值班人员发现原来的“咝咝”声已演变为“吱吱”声，且较以前越来越明显，越来越大，为保证安全可靠运行，该单位于9月初安排了停电检查，检修人员将柜内各绝缘件是否有裂纹及放电痕迹进行逐一排查，在检修中发现进线总柜及部分柜体相间有“白物”，对于各相触头盒之间的搭接口也进行了检查，包括一次母线铜排导圆角情况，检查比较全面细致到位。初步分析“白物”是触头相间放电分解出的物质，同时对一次元器件均进行较彻底的清洁，但送电后情况仍旧如前。
为了彻底查清原因解决问题，确保安全可靠供
电，查阅了大量有关35kV触头盒的技术资料，特别是带屏蔽层结构的组成等，多次到绝缘件生产单位现场调研，于10月25日再次安排停电检修，对柜中触头盒安装质量、触头盒结构制作质量包括内腔是否有气泡、裂纹逐个进行现场检查，发现如下情况：(1)触头相间仍存在电场放电产生的“白物”。(2)可看见触头盒内腔壁上有格状皱纹痕迹和触头盒内壁上的屏蔽网格嵌件痕迹。 根据检查结果分析，35kV触头盒在实际运行中存在电场强弱不均匀，遇到潮湿空气或凝露或电压波动畸变时，周围产生电晕放电，出现“咝咝…”放电声和分解“白物”，时间长久或严重时出现“吱吱…”放
电声和碳化“黑物”，因放电过程具有累积效应，表现在气候性、滞后性，此现象的存在将使触头盒碳化并降低绝缘性能，最终导致对地放电，形成接地短路故障。判定该触头盒的屏蔽嵌件结构是“筒状型”结构，这种屏蔽网虽然对触头盒内动、静触头插接造成不均匀电场有所改善，但对于因静触头根部的连接铜排所导致的高场强却起不到屏蔽的作用，放电现象仍然存在，待运行一段时间后被击穿情况也是存在的。
在KYN61-40.5柜中35kV触头盒存在着电离放电、绝缘介质击穿等问题，表现尤为突出的是：局部电场过高、电场分布不均匀的现象，通过建模对触头盒的电场分布进行了仿真计算；对带屏蔽嵌件的触头盒也逐步进行了多次改进，解除了用户多年的困扰。
2 改进方案
通过Ansys有限元分析软件建立2D模型对35kV触头盒的电场进行计算和分析，并根据电场分布进行结构优化，为35kV触头盒的优化设计和改进提供了理论依据，初步进行了三种方案优化。
肩垫方案一：根据35kV触头盒的实际工作情况建
对接接头
35kV触头盒的改进方案分析
70
7
电工电气 (20 7 No. 2)
模计算，得出电场局部集中的位置主要位于触头盒内腔底部，接近静触头与铜排搭接区域，其最大电场强度如图1方案一电场特性曲线得E m =5.8kV/mm，超出了空气击穿电场强度2～3kV/mm，从而可能导致该区域空气电离和击穿，特别是与静触头搭接的铜排未倒圆角，尖端强电场放电更为明显，放电
锚固件声也大。
方案二：针对方案一的验证，将铜排倒成圆角，再则为改善触头盒内“梅花”动触头与静触头压接时，因“梅花爪装型”动触头外形不规则，由此产生的电场不规则，强弱不均匀，易对周围产生电晕放电现象，故对触头盒内腔嵌入了均压网屏蔽筒层，其高度应涵盖动、静触头部分。图2为方案二电场分布特性曲线图，可以看出在一定程度上改善了该区域的电场均匀性，减少了电场的局部集中而电晕放电，但触头盒内腔底部接近触头区域的
E m =3.4kV/mm，仍高于空气长期工作击穿场强，电
晕放电现象仍然存在。
方案三：为改善电场强弱分布不均匀，对触头盒结构形式进行了改进，同时对屏蔽嵌件进一步完善，在电场集中的触头盒底部嵌入直径为135mm 屏蔽网与静触头焊接一体形成圆弧结构平板型屏蔽罩，四周用等电位硅胶带缠绕一圈形成等势体，即改善了电场强弱分布，避免了触头对触头盒内腔壁放电。图3为方案三电场分布特性曲线图，在触头盒内腔底部选择合适的圆弧结构屏蔽罩可改
善35kV 触头盒内的电场，减少电场局部集中，改善后的E m =1.92kV/mm，低于空气击穿电场强度2～3kV/mm，符合工程实际中对空气绝缘介质要求的电场强度。
可见第三种改进方案较为合理，根据要求，绝缘件厂家同意将用户现场8台35kV 高压柜原已投运的“无底杯状型”屏蔽网触头盒全部更换成四周用硅胶带缠绕圆弧结构等势体平板型屏蔽罩的触头盒，更换后送电电晕放电声完全消失。
改进后运行至2016年6月仍未发现电晕放电声，值班运维人员反映无异常声音，再次停电检修时没有出现放电白物，一切运行正常。
3 结语
放电与发热是高压开关设备安全运行危险性最大的两大隐患，特别是对于KYN61-40.5全封闭金属铠装式开关柜，由于体积小、布局紧凑，局部放电、电晕放电、尖端放电常有存在。在高压开关设备中，
如何改善和消除放电现象，建模计算与分析寻电场的分布规律，采用何种形式金属屏蔽网，文中的改进方案提供了参考，使不均匀电场得到了改善，但是使用“筒状型”屏蔽网好，还是使用“四周用硅胶带缠绕圆弧结构等势体平板型屏蔽罩”好，或是使用“带底杯状型”，运行现场均有存在，在运行实践中证实了后两种比第一种屏蔽效果好。
如何使用半导体涂料、硅胶等新材料进一步改进完善触头盒制作工艺，使之推广至穿墙套管等，包括高压开关柜内一次元器件布置，使电场分布均匀，减少或避免放电现象，有待进一步探讨论证。除此之外，成套厂、安装单位在组装、安装中都应严格按规程、标准进行实施操作，否则会存在极为严重的安全隐患。
修稿日期：2017-10-17
图1 方案一的电场特性曲线图
L /mm
60
E /(k V ·
m m -1)130
5
10
23515
20
425
图2 方案二的电场特性曲线图
L /mm
能量传送器3.50
E /(k V ·
m m -1)30
5
10
0.51.02.01520
1.525
2.5
3.0图3 方案三的电场特性曲线图
L /mm
汽车智能防盗系统
2.00E /(k V ·
m m -1)0.630
510
0.81.01.415
201.2251.61.835kV触头盒的改进方案分析
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议