1、厂用高压开关柜厂用高压开关柜常见缺陷及处理常见缺陷及处理析析电气室绝缘专业电气室绝缘专业樊东方樊东方 1 1 真空开关介绍真空开关介绍 真空开关的研究始于真空开关的研究始于2020世纪世纪2020年代，然而第一台商业真空年代，然而第一台商业真空开关确是在开关确是在2020世纪世纪5050年代出现的。年代出现的。真空开关最常用在中压系统。日本的制造商目前可以提供真空开关最常用在中压系统。日本的制造商目前可以提供用在用在72.5kV72.5kV和和145kV145kV的真空开关。的真空开关。真空灭弧室现在也用于真空真空灭弧室现在也用于真空/六氟化硫混合的开关六氟化硫混合的开关。2 2 真空开关特点
2、真空开关特点 结构结构 外壳带电型外壳带电型 灭弧介质灭弧介质/原理原理 真空真空 操作机构操作机构 弹簧式弹簧式 特性特性 整体性能较好，尤其是在恢复电压上升率较整体性能较好，尤其是在恢复电压上升率较 高时；需高时；需 承受短时火花放电；承受短时火花放电；可靠性可靠性 通常比用中压系统的其它类型开关可靠性都通常比用中压系统的其它类型开关可靠性都要好要好 熄弧过程在密封的容器中完成，电弧和炽热的电离气体不向外界喷熄弧过程在密封的容器中完成，电弧和炽热的电离气体不向外界喷溅，因此不会对周围的绝缘间隙造成闪络或击穿。溅，因此不会对周围的绝缘间隙造成闪络或击穿。燃弧时间短，电弧电压低，能力少，因而触
3、头电磨损率低，使用寿燃弧时间短，电弧电压低，能力少，因而触头电磨损率低，使用寿命长，适于频繁操作。命长，适于频繁操作。触头行程短，开断速度低，对操动机构要求的操作功小，对传动机触头行程短，开断速度低，对操动机构要求的操作功小，对传动机构的强度要求低，体积小，重量轻。构的强度要求低，体积小，重量轻。真空灭弧室和真空灭弧室和 触头不需检修，维护工作简单。触头不需检修，维护工作简单。灭弧介质为真空，无火灾和爆炸危险。灭弧介质为真空，无火灾和爆炸危险。环境污染小。环境污染小。3 3 真空开关发展简史真空开关发展简史早期的理论研究阶段早期的理论研究阶段 利用真空介质来熄灭电弧的设想在利用真空介质来熄灭电
4、弧的设想在19世纪末就已提出，世纪末就已提出，20世纪世纪20年代制造出了最年代制造出了最早的真空灭弧室。但是由于受真空工艺、材料等技术水平的限制，当时并未实现实用早的真空灭弧室。但是由于受真空工艺、材料等技术水平的限制，当时并未实现实用化。化。深入的理论研究和关键工艺发展的阶段深入的理论研究和关键工艺发展的阶段 20世纪世纪50年代以后，随着电子工业发展起来的许多新技术，解决了真空灭弧室制年代以后，随着电子工业发展起来的许多新技术，解决了真空灭弧室制造中的很多难题，使真空开关逐渐达到实用水平。造中的很多难题，使真空开关逐渐达到实用水平。50年代中期美国通用电气公司批量年代中期美国通用电气公司
5、批量生产生产12kV额定短路开断电流为额定短路开断电流为12kA的真空开关。随后在的真空开关。随后在50年代末由于发展了具有横向年代末由于发展了具有横向磁场触头的真空灭弧室，使额定短路开断开断电流提高到磁场触头的真空灭弧室，使额定短路开断开断电流提高到30kA的水平。的水平。真空开关电器的全面发展与广泛应用阶段真空开关电器的全面发展与广泛应用阶段 70年代后，日本东芝电气公司研制成功具有纵向磁场触头的真空灭弧室，使额定年代后，日本东芝电气公司研制成功具有纵向磁场触头的真空灭弧室，使额定开断电流又进一步提高到开断电流又进一步提高到50kA以上。目前真空开关已广泛用于以上。目前真空开关已广泛用于1
6、0kV、35kV配电系统配电系统中，额定短路开断电流已能做到中，额定短路开断电流已能做到50kA100kA。4 4 真空灭弧装置出厂特殊试验真空灭弧装置出厂特殊试验电压老炼：电压老炼：就是通过放电消除电极表面的微观凸起、杂质和缺陷。经过小电就是通过放电消除电极表面的微观凸起、杂质和缺陷。经过小电流的放电使表面的微观凸起点烧熔、蒸发，使电极表面光滑平整，局部电场流的放电使表面的微观凸起点烧熔、蒸发，使电极表面光滑平整，局部电场的增强效应减小，提高了击穿电压。电压老炼只适宜用在真空间隙击穿电压的增强效应减小，提高了击穿电压。电压老炼只适宜用在真空间隙击穿电压的提高，对真空灭弧室触头间隙击穿电压的提
7、高不会有太大的效果。的提高，对真空灭弧室触头间隙击穿电压的提高不会有太大的效果。电流老炼：电流老炼：是让真空灭弧室多次是让真空灭弧室多次(几十次到几百次几十次到几百次)开合几百安的交流电流。开合几百安的交流电流。利用电弧高温去除电极表面薄层材料，使电极表面层中的气体、氧化物和杂利用电弧高温去除电极表面薄层材料，使电极表面层中的气体、氧化物和杂质同时除去。质同时除去。5 5 真空灭弧装置的结构和工作原理真空灭弧装置的结构和工作原理1动导电杆动导电杆2导向套导向套3波纹管波纹管4动端盖板动端盖板5波纹管屏蔽罩波纹管屏蔽罩6绝缘筒绝缘筒7主屏蔽罩主屏蔽罩8触头触头9静导电杆静导电杆10静端盖板静端盖
8、板1 1）外壳）外壳由绝缘筒、静端盖板、动端盖板组成，构成密封真空容器，同时作为由绝缘筒、静端盖板、动端盖板组成，构成密封真空容器，同时作为动、静触头之间的绝缘支持。动、静触头之间的绝缘支持。绝缘筒：玻璃、陶瓷、微晶玻璃，现在多用陶瓷。绝缘筒：玻璃、陶瓷、微晶玻璃，现在多用陶瓷。外壳金属材料和绝缘材料的焊接：过渡金属，多用铜材质。外壳金属材料和绝缘材料的焊接：过渡金属，多用铜材质。2 2)波纹管波纹管最薄弱的环节，决定了真空灭弧室的寿命。最薄弱的环节，决定了真空灭弧室的寿命。3 3）屏蔽罩）屏蔽罩真空灭弧室内常用的屏蔽罩有主屏蔽罩、波纹管屏蔽罩和均真空灭弧室内常用的屏蔽罩有主屏蔽罩、波纹管屏蔽
9、罩和均压屏蔽罩。压屏蔽罩。主屏蔽罩环绕着电弧间隙，主要作用如下：主屏蔽罩环绕着电弧间隙，主要作用如下：(1)(1)防止金属蒸气喷溅到绝缘外壳的内表面，避免内表面绝防止金属蒸气喷溅到绝缘外壳的内表面，避免内表面绝缘性能下降缘性能下降(2)(2)有利于电流过零后弧隙介质强度的提高，改善了灭弧室有利于电流过零后弧隙介质强度的提高，改善了灭弧室的开断性能。的开断性能。屏蔽罩的温度愈低，冷凝效果愈好。屏蔽罩的温度愈低，冷凝效果愈好。(3)(3)改善电场分布。改善电场分布。真空灭弧室内最为重要的元件，决定其开断能力和电气寿真空灭弧室内最为重要的元件，决定其开断能力和电气寿命。命。目前真空开关的触头的接触方
10、式都是对接式的。目前真空开关的触头的接触方式都是对接式的。触头结构：平板圆柱形触头，横向磁场触头、纵向磁场触触头结构：平板圆柱形触头，横向磁场触头、纵向磁场触头。头。触头材料是影响灭弧室性能的重要因素触头材料是影响灭弧室性能的重要因素，当前真空开关采当前真空开关采用最多的合金触头材料是铜铬合金。铜铅粉末冶金触头材用最多的合金触头材料是铜铬合金。铜铅粉末冶金触头材料是在料是在2020世纪世纪7070年代由美国西屋公司和英国年代由美国西屋公司和英国GECGEC公司等研公司等研制成功的。制成功的。4）触头）触头真空开关的结构真空开关的结构按照安装方式可分为悬挂式、落地式和按照安装方式可分为悬挂式、落
11、地式和可移式。前两种用于固定式开关柜，后一种用于可移开可移式。前两种用于固定式开关柜，后一种用于可移开式开关柜。式开关柜。现行应用的操动机构有两大类，即电磁操动机构和弹簧现行应用的操动机构有两大类，即电磁操动机构和弹簧操动机构。配用弹簧操动机构的真空开关是当前采用最操动机构。配用弹簧操动机构的真空开关是当前采用最多的一种设计方式。多的一种设计方式。6 6 常见问题常见问题缺陷问题主要归为下面六类：缺陷问题主要归为下面六类：（一）人身伤害类隐患（一）人身伤害类隐患1.防爆及压力释放装置不完善；防爆及压力释放装置不完善；2.避雷器、电压互感器直接与母线连接，存在人身触电风险；避雷器、电压互感器直接
12、与母线连接，存在人身触电风险；3.柜内静触头防护挡板、观察窗安全防护等级不足；柜内静触头防护挡板、观察窗安全防护等级不足；4.五防联锁不满足要求。五防联锁不满足要求。（二）绝缘故障缺陷（二）绝缘故障缺陷1.绝缘件缺陷，多为穿板套管闪络放电，主要原因为屏蔽结构缺失绝缘件缺陷，多为穿板套管闪络放电，主要原因为屏蔽结构缺失、损坏或者设计不良造成；、损坏或者设计不良造成；2.导电部位与绝缘件之间放电（空气绝缘距离不足、保险管夹件尖导电部位与绝缘件之间放电（空气绝缘距离不足、保险管夹件尖端放电等）；端放电等）；3.电流互感器、电压互感器绝缘材料工艺不良，造成设备发热后绝电流互感器、电压互感器绝缘材料工艺
13、不良，造成设备发热后绝缘老化严重；缘老化严重；4.支持瓷瓶等绝缘件受污秽、潮湿、机械力等影响，出现表面爬电支持瓷瓶等绝缘件受污秽、潮湿、机械力等影响，出现表面爬电或者开裂现象。或者开裂现象。（三）导电回路发热（三）导电回路发热1.动静触头接触不良过热；动静触头接触不良过热；2.导体载流量不满足要求；导体载流量不满足要求；3.安装工艺不良，螺栓紧固力不足造成发热；安装工艺不良，螺栓紧固力不足造成发热；4.导体连接处设计不良，接触面积小，造成发热。导体连接处设计不良，接触面积小，造成发热。（四）潮湿凝露（四）潮湿凝露 1.柜内通风散热不畅、湿度大，存在凝露现象；柜内通风散热不畅、湿度大，存在凝露现
14、象；2.开关柜下电缆沟潮湿，且与开关柜之间密封不良，造成开开关柜下电缆沟潮湿，且与开关柜之间密封不良，造成开 关柜内湿关柜内湿度大，在突然降温情况下易产生凝露。度大，在突然降温情况下易产生凝露。（五）元器件（互感器、避雷器、柜内干式变等）缺陷（五）元器件（互感器、避雷器、柜内干式变等）缺陷1.带电显示装置质量差，损坏频繁；带电显示装置质量差，损坏频繁；2.避雷器质量差；避雷器质量差；3.电流互感器容量不足、伏安特性差、爬电距离小等；电流互感器容量不足、伏安特性差、爬电距离小等；4.柜内干式变工艺技术差，造成过热和绝缘损坏；柜内干式变工艺技术差，造成过热和绝缘损坏；5.分合闸线圈损坏；分合闸线圈
15、损坏；6.电压互感器受运行方式等影响，易出现过载问题；电压互感器受运行方式等影响，易出现过载问题；7主要二次元件，如位置指示、储能指示缺失或损坏。主要二次元件，如位置指示、储能指示缺失或损坏。（六）机械故障（六）机械故障1.操作机构故障；操作机构故障；2.设备老化、机构卡涩，从而导致开关柜分合闸线圈烧毁；设备老化、机构卡涩，从而导致开关柜分合闸线圈烧毁；3.由于设计问题等，隔离开关当操作力量过大时，极易造成母线由于设计问题等，隔离开关当操作力量过大时，极易造成母线侧隔离开关瓷瓶断裂；侧隔离开关瓷瓶断裂；4.地刀闸损坏无法合闸；地刀闸损坏无法合闸；5.手车推拉卡涩；手车推拉卡涩；6.连接螺栓松动
16、；连接螺栓松动；7.小车拨叉变形、断裂。小车拨叉变形、断裂。7 7 缺陷治理缺陷治理（一）完善开关柜安全防护措施（一）完善开关柜安全防护措施1.断路器室、母线室和电缆室等均应设有泄压通道或压力释放装置；断路器室、母线室和电缆室等均应设有泄压通道或压力释放装置；2.母线上的避雷器、电压互感器应经隔离开关（或隔离手车）与母线相连，严禁母线上的避雷器、电压互感器应经隔离开关（或隔离手车）与母线相连，严禁与母线直接连接，防止触电伤害；与母线直接连接，防止触电伤害；3.提高柜内静触头防护挡板、观察窗安全防护等级；提高柜内静触头防护挡板、观察窗安全防护等级；4.保证机械闭锁的机械强度，在操作中不会变形损坏
17、；保证机械闭锁的机械强度，在操作中不会变形损坏；5.对开关柜的馈线柜、对开关柜的馈线柜、PT柜进行检修工作时，须在母线与隔离开关间加装绝缘挡柜进行检修工作时，须在母线与隔离开关间加装绝缘挡板，防止人身触电；板，防止人身触电；6.手车断路器在摇至合闸位置时仅靠位置信号指示无法准确判断动静触头是否结手车断路器在摇至合闸位置时仅靠位置信号指示无法准确判断动静触头是否结合紧密，如结合不够紧密将是一大隐患容易引起过热甚至烧坏或者爆炸，利用视频或合紧密，如结合不够紧密将是一大隐患容易引起过热甚至烧坏或者爆炸，利用视频或测温设备对其进行检测，在投运前期加强刚投运断路器动静触头部位检测；测温设备对其进行检测，
18、在投运前期加强刚投运断路器动静触头部位检测；（二）提高开关柜内部绝缘能力（二）提高开关柜内部绝缘能力1.将触头盒、套管等更换成带屏蔽结构的优质绝缘件；将触头盒、套管等更换成带屏蔽结构的优质绝缘件；2.相间加装绝缘隔板时，优先采用环氧浇铸成型隔板，隔板表面及切割边缘应进相间加装绝缘隔板时，优先采用环氧浇铸成型隔板，隔板表面及切割边缘应进行防潮处理；行防潮处理；3.规范母排及、分支导线倒角工艺，必要时应对母排等导电部位喷涂复合绝缘涂规范母排及、分支导线倒角工艺，必要时应对母排等导电部位喷涂复合绝缘涂料；料；4.和设计院进行沟通，要求设计院与厂家确认图纸时，注意母线搭接部位，避免和设计院进行沟通，要
19、求设计院与厂家确认图纸时，注意母线搭接部位，避免在穿板套管口附近或内部搭接；在穿板套管口附近或内部搭接；5.开关柜投运前做整柜电晕放电试验，将局部电场集中部位在投运前处理；开关柜投运前做整柜电晕放电试验，将局部电场集中部位在投运前处理；6.规范开关柜内紧固螺栓使用，建议使用带防雨帽螺母，均匀此部位电场。规范开关柜内紧固螺栓使用，建议使用带防雨帽螺母，均匀此部位电场。（三）有效抑制开关柜发热缺陷（三）有效抑制开关柜发热缺陷1.选用载流量满足设计要求的导体；选用载流量满足设计要求的导体；2.改善动静触头接触形式，保证导体有效接触面积；改善动静触头接触形式，保证导体有效接触面积；3.选用优质非导磁材
20、料作为套管的固定隔板，抑制涡流发热；选用优质非导磁材料作为套管的固定隔板，抑制涡流发热；4.对重负荷开关设备，加装测温装置；对重负荷开关设备，加装测温装置；5.对照开关柜型式试验报告，要求厂家按照型式试验时结构加装风扇；对照开关柜型式试验报告，要求厂家按照型式试验时结构加装风扇；6.母排对接、分支导体安装时螺栓选择规范，紧固时按照标准要求进行。母排对接、分支导体安装时螺栓选择规范，紧固时按照标准要求进行。（四）更换不满足要求的元器件（四）更换不满足要求的元器件1.母线电压互感器宜采用全绝缘产品；母线电压互感器宜采用全绝缘产品；2.及时更换存在质量问题的互感器、避雷器等组件；及时更换存在质量问题
21、的互感器、避雷器等组件；3.采用不吸潮绝缘板。采用不吸潮绝缘板。4.新设备订货中应明确断路器面板及线圈禁止采用易燃材质，并采取防火新设备订货中应明确断路器面板及线圈禁止采用易燃材质，并采取防火措施。措施。（五）改善开关柜运行环境（五）改善开关柜运行环境1.对于电缆沟、电缆隧道等辅助设施要做好防水，加强电缆孔洞封堵，防对于电缆沟、电缆隧道等辅助设施要做好防水，加强电缆孔洞封堵，防止潮气进入开关柜；止潮气进入开关柜；2.在高压室内配备空调机或工业抽湿机；在高压室内配备空调机或工业抽湿机；3.柜内加装除湿防凝露装置。柜内加装除湿防凝露装置。（六）提升机械组件材质、装配工艺水平（六）提升机械组件材质、
22、装配工艺水平1.严格按照安装工艺要求，加强操作机构、手车、封闭母线等机械组件装严格按照安装工艺要求，加强操作机构、手车、封闭母线等机械组件装配的检修、维护；配的检修、维护；2.对开关柜内易变形而导致开关柜故障的配件，更换为满足产品标准要求对开关柜内易变形而导致开关柜故障的配件，更换为满足产品标准要求的配件。的配件。8 8 带电检测开展情况带电检测开展情况目前开关柜已具备红外成像、超声波、地电波等成熟带电检测技术进目前开关柜已具备红外成像、超声波、地电波等成熟带电检测技术进行日常带电检测工作。其中红外成像、超声波及地电波使用最为广泛。行日常带电检测工作。其中红外成像、超声波及地电波使用最为广泛。
23、（一）红外成像（一）红外成像 红外成像检测成果卓著，主要发现缺陷有动静触头接触不良、涡流发红外成像检测成果卓著，主要发现缺陷有动静触头接触不良、涡流发热，互感器性能不良、导线接头连接不良等。热，互感器性能不良、导线接头连接不良等。红外成像检测过程中由于开关柜多为全密封机构，不能有效对整体全红外成像检测过程中由于开关柜多为全密封机构，不能有效对整体全部进行检测，建议加装红外介质测温窗口。部进行检测，建议加装红外介质测温窗口。（二）超声波、地电波：（二）超声波、地电波：超声波及地电波检测技术广泛应用于局部放电、电晕检测，在开关超声波及地电波检测技术广泛应用于局部放电、电晕检测，在开关柜带电监测中也是如此，主要缺陷为柜内绝缘凝露受潮引起放电、穿板套柜带电监测中也是如此，主要缺陷为柜内绝缘凝露受潮引起放电、穿板套管屏蔽失效引起悬浮放电、保险管夹件尖端放电、母排及分支导线与绝缘管屏蔽失效引起悬浮放电、保险管夹件尖端放电、母排及分支导线与绝缘材料之间不合理引起的放电、螺栓尖端放电及污秽潮湿情况下表面爬电等材料之间不合理引起的放电、螺栓尖端放电及污秽潮湿情况下表面爬电等。超声波及地电波检测技术可有效检测放电，但也受现场环境，特别超声波及地电波检测技术可有效检测放电，但也受现场环境，特别是开关柜结构性振动的影响。是开关柜结构性振动的影响。谢谢 谢！谢！
