摘要 對標準配置的普通40.5kV鎧裝式金屬封閉開關柜，在高海拔電網(wǎng)使用中絕緣強度不足的問題，以AMS(KYN96)-40.5型鎧裝式金屬封閉開關柜為例，通過采取工頻耐壓試驗和雷電沖擊耐壓試驗，查找出絕緣缺陷；對電纜室、斷路器室和母線室相關部位做結構改進；針對高海拔地區(qū)要求調(diào)整或重新選擇電氣絕緣件；局部電場不均勻的部位采取均勻電場的措施(對元器件進行添加或調(diào)整)，使之形成了可靠的復合絕緣，以保證良好的電氣性能。并從中歸納出一套滿足高海拔的技術要求進行設計、改進、試驗和生產(chǎn)的技術改造方案，為其他同類產(chǎn)品的改造提供參考。

關鍵詞 AMS(KYN96)-40.5開關柜加強絕緣絕緣試驗

0 引言

AMS(KYN96)-40.5是阿海琺輸配電華電開關(廈門)有限公司設計開發(fā)的一款先進的40.5kV中置式金屬鎧裝封閉開關設備，2005年起在國家高壓電器質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心和德國IPH實驗站以及荷蘭KAMA實驗站通過了全套的型式試驗。該產(chǎn)品具有方案齊全、電氣參數(shù)高(額定電流3150A、額定短路開斷電流31.5kA)的特性；配置性能可靠的VEP戶內(nèi)中壓固封式真空斷路器及FEP戶內(nèi)SF6斷路器和具有短路關合能力及快速合閘機構的ESw型接地開關；采用電場均壓、屏蔽設計，具有成熟可靠的“五防”閉鎖裝置，完全實現(xiàn)柜前關門操作的特點。已在國內(nèi)市場中大量使用，為發(fā)電廠、電網(wǎng)及公用變電站中的電動機、變壓器、電容器及大多數(shù)配電線路提供可靠的集中控制及保護功能；在國外市場如南非，澳大利亞，沙特等國家也得到廣泛應用。 AMS(KYN96)-40.5同其他普通開關柜一樣，其使用環(huán)境是按海拔高度在1000m以下的標準設計的。當海拔升高時空氣密度降低，散熱條件變壞，高壓元器件在運行中溫升要增加。其額定電流雖保持不變，但空氣絕緣強度在減弱，這就使得元器件外表絕緣強度也隨之減弱，極易發(fā)生絕緣擊穿或閃絡等破壞性放電事故。為此，AMS(KYN96)-40.5要在高海拔電網(wǎng)安全使用，就必須通過絕緣試驗準確查找其缺陷原因，開展絕緣加強的改造工作。同時，考慮到我國大部分地區(qū)海拔高度超過1000m，研究和探討開關柜在高海拔地區(qū)的應用很有實際意義和使用價值。

1 高海拔對開關柜的影響

隨著海拔的提高空氣密度就相應的降低，空氣密度降低后散熱就困難，絕緣擊穿電壓就降低。所以要解決普通開關柜在高海拔地區(qū)的使用問題，必須考慮散熱和絕緣兩方面。

高海拔對散熱影響及溫升要求在GB763-90《交流高壓電器在長期工作時的發(fā)熱》標準中有明確規(guī)定，“當電器設備在海拔高度超過1000m時，其溫升應按每超過300m(以海拔高度1000m為起點)降低0.9(90)％計算”，例如在海拔3000m時，則降低溫升為6％，而在GB／T11022-1999《高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求》規(guī)定的高壓開關各部件、絕緣材料在空氣中允許溫升范圍為30～75K。F級和H級絕緣材料允許溫升范圍為115～140K，則要求降低零部件溫升1.8～4.5K。

TB／Z102-71中高壓電器使用于高海拔地區(qū)的技術要求見表1。

從表1中可以看出，由海拔1000m上升到3000m時，環(huán)境最高溫度從40℃降為30℃，即下降了10℃，足以抵消由于海拔升高，要求降低溫升的標準。因此，一般情況下，各類標準中不規(guī)定海拔高度對溫升的影響。產(chǎn)品設計時可以不考慮海拔對溫升的影響。

本文探討AMS(KYN96)-40.5中壓開關柜在海拔高度為2000m應用時的絕緣耐壓的改進和試驗。

2 AMS(KYN96)-40.5的基本結構

AMS(KYN96)-40.5中置式中壓開關柜的基本結構如圖1所示。

3 ANS(KYN96)-40.5柜的高海拔耐壓試驗

3.1試驗方案

根據(jù)GB311.1-1997(2007)的規(guī)定，當高壓電器用于海拔1000m以上，但不超過4000m時，其外絕緣試驗電壓應為額定耐受電壓乘以海拔修正系數(shù)，即Ka=1／(1.1-H×10^-4)。(H為安裝地點的海拔高度)，如按海拔高度為2000m計算，則Ka=1／(1.12000×10^-4)=1.1111，依此可求得1min工頻耐壓為95kV×1.1111=105.56kV，雷電沖擊耐壓為185kV×1.1111=205.56kV。試驗柜體的主要設備配置如表2。 根據(jù)普通型AMS(KYN96)-40.5開關柜在西安高壓開關研究所做的型式試驗報告(No.05189)的試驗結果以及平時對該類開關柜的耐壓情況測試，其1min工頻耐壓水平為97kV，雷電沖擊耐壓為190kV。要滿足海拔高度為2000m的需求必須加強絕緣，提高工頻耐壓和雷電沖擊耐壓水平。內(nèi)絕緣由于封裝在設備內(nèi)部(主要是指絕緣件)，故只受絕緣材料及絕緣結構和工藝處理的影響。而工廠生產(chǎn)不同于試驗室，采用的都是材料、尺寸和規(guī)格已經(jīng)成型的元器件，因此只能在元器件原有絕緣材料的基礎上改進和改良。外絕緣則受大氣條件的影響，如氣壓、氣溫、濕度、污穢及海拔高度等。AMS(KYN96)-40.5開關柜在高海拔地區(qū)應用，必須從內(nèi)外兩個層面通過工頻耐壓試驗和雷電沖擊耐壓試驗找出柜體內(nèi)易產(chǎn)生閃絡的薄弱區(qū)域，從而對其絕緣做加強或結構上的改進。試驗要求滿足工頻耐壓106kV／1min下無閃絡擊穿；雷電沖擊耐壓206kV正負極性各15次，放電次數(shù)不多于2次。

3.2 AMS(KYN96)-40.5開關柜的高海拔耐壓試驗發(fā)現(xiàn)的問題

工頻耐壓試驗是對AMS(KYN96)-40.5在正常工作中要求對電隔離的部件之間施加一定的高電壓，并持續(xù)1min以上，以驗證其介質(zhì)是否符合標準。

工頻耐壓試驗的電壓施加部位當觸頭在不同位置時在三相進線端和出線端與接地位置間施加試驗電壓(將其他的進出線端跟殼體接地)。試驗中，為防止電壓沖擊，加壓應從小于試驗電壓值的一半開始(約53kV)，從約5s的時間逐步升壓到試驗電壓106kV。施壓時間從達到106 kV時開始計算，持續(xù)1min。

雷電沖擊耐壓試驗是對AMS(KYN96)-40.5電氣間隙施加一個標準化波形的沖擊電壓波，來考核開關柜內(nèi)外絕緣耐受瞬時高頻過電壓的能力。沖擊耐壓試驗主要是用來檢驗電器的電氣間隙、爬電距離(外絕緣)和有關電器固定絕緣的介電性能(內(nèi)絕緣)。試驗采用的是中國航天科工集團北京華天機電研究所400kV CCK-2511沖擊電壓設備及測量系統(tǒng)。沖擊耐壓試驗的電壓施加部位同工頻耐壓一樣。

通過不斷的反復試驗，不斷更改，發(fā)現(xiàn)有如下區(qū)域存在閃絡擊穿：

(1)接地開關靜觸頭對安裝板；

(2)相間絕緣隔板的靠近接地開關的支撐桿；

(3)母線室中上分支母線對母線室隔板和母線室壓力釋放板；

(4)斷路器的極柱絕緣拉桿處對機箱。

以上區(qū)域存在閃絡擊穿的原因分析如下：

(I)普通型AMS(KYN96)-40.5開關柜上ESW接地開關絕緣子的高度為360mm，爬距為820mm，滿足不了高海拔時的爬距要求；

(2)相間絕緣隔板靠近接地開關的絕緣支撐桿的位置離帶電體太近，電會通過絕緣板上絕緣桿的安裝開孔沿絕緣桿表面爬，從而造成相間閃絡；

(3)開關柜母線室中，上分支母線對母線室隔板的最近距離為260mm，A相上分支母線頂端離母線室壓力釋放板的最近距離為280mm，難以滿足高海拔的要求；同時由于開關柜尺寸的限制，套管安裝螺絲處有放電尖角，易產(chǎn)生放電；

(4)斷路器的絕緣拉桿設計時考慮的爬距為810mm，無法滿足高海拔的要求。

3.3 AMS(KYN96)-40.5柜的高海拔應用的改造及試驗

通過工頻耐壓和雷電沖擊耐壓的絕緣試驗，對絕緣缺陷進行分析，對開關柜的相關部位進行結構改進；對元器件進行調(diào)整和增加；采取必要的均勻電場措施，形成可靠的復合絕緣，以保證良好的電氣性能。

結合以上試驗結果和原因分析，對開關柜作如下改進：

(1)更換普通型ESW接地開關為高壓型ESW接地開關，整體式接地開關上絕緣子高度由360mm調(diào)整為420ram，柜體結構中相應調(diào)整電纜連接銅排的尺寸；

(2)取消靠近接地開關的絕緣支撐桿。為保證絕緣板不搖晃，在電纜室靠后門處增加一處絕緣支撐桿；

(3)母線室隔板對分支母線側的單面噴1.5mm環(huán)氧樹脂，以增強絕緣；

(4)將母線室壓力釋放板的高度由30mm增加到60mm，以加大A相上分支母線對其距離到310mm；為保證開關柜的整體外觀效果，斷路器室壓力釋放板和電纜室壓力釋放板的高度統(tǒng)一加高到60mm

(5)柜間穿墻套管的安裝螺栓增加絕緣帽，最大限度地均衡連接處的電場，消除螺栓的放電尖端；

(6)由于斷路器的空間尺寸和結構的影響，絕緣拉桿無法通過增加本身的爬距來提高絕緣耐壓水平，所以特別在拉桿底部套上一個絕緣爬距增加器。

通過以上改進后的整柜工頻耐壓和雷電沖擊耐壓數(shù)據(jù)如表3、表4所示。

4 ANS(KYN96)-40.5柜高海拔改進的效果

按以上改造方案的AMS(KYN96)-40，5開關柜，提高了開關柜的整體絕緣水平，卻沒有增加柜體的尺寸，節(jié)省了占地面積，更有利于環(huán)保，提供了抵御高海拔地區(qū)嚴酷環(huán)境的能力，延長了設備的使用壽命。而且安裝便捷，維護量很小，減輕了管理人員的勞動強度，明顯降低了運行維護費用。

按改造方案的AMS(KYN96)-40，5開關柜從2006年起已陸續(xù)投運到內(nèi)蒙古錫林郭勒吉相華亞風電場二期49，5MW工程35kV開關柜、新疆塔河重質(zhì)原油改質(zhì)項目35kV中壓開關柜、云南昆鋼大紅山35kV中壓開關柜等高海拔項目中，到目前為止未發(fā)生任何絕緣閃絡或擊穿等破壞性放電事故。同時，改造方案轉讓給云南開關廠和錦州第一開關廠，并投運到相關項目中運行狀況良好。

實踐證明，AMS(KYN96)-40.5開關柜的高海拔應用的改造方案是穩(wěn)定可靠、安全適用的，有比較科學合理的技術參數(shù)、機械特性和操作方法，值得借鑒和參考。

5 結語

為適應市場需求，AMS(KYN96)-40.5開關柜的高海拔改造是必須的。同時，我們應該看到，目前國內(nèi)的同類型開關柜普遍不能滿足高海拔的要求。如何探索提高開關柜本身的絕緣耐壓水平，對開關柜的絕緣留有足夠的欲度依然是我們必須面i臨的問題。