40.5kV开关柜绝缘可靠性的探究分享

1.引言

空气绝缘金属铠装开关柜作为集成一次导电开断、二次控制
；ぜ傻呐涞缦低车ピ，绝缘性能是关键技术指标，而绝缘问题发生并不单纯是绝缘设计问题，更多的内在原因是产品整体性能问题，使用环境客观存在，而真正好的产品能在相同环境下长期使用，而不会出现绝缘问题。

2.40.5kV开关柜的绝缘

2.1.40.5KV开关柜是中压配电最高电压等级产品，从上世纪90年代后期开始出现小型化、抽出式产品，早期是引进国外先进的断路器配开关柜，如伊顿西屋的405W-VACW，梅兰日兰的CEI断路器。这些产品尺寸小，可靠性高，但电压等级按国外36kV(工频耐压70kV，雷电冲击170kV)， 不能满足国标40.5kV(工频耐压95kV，雷电冲击185kV)的要求，通过加强绝缘等设计，哪里不行补哪里的措施勉强达到要求。而开关柜的设计更多是在12kV基础上改的，如触头盒只是增大尺寸，增加爬距来设计，并没有电场分析及实际使用验证，这些产品在使用一、二年后先后出现绝缘问题，不得不更换触头盒、甚至更换触头盒安装板从金属到绝缘板来解决问题。随着ABB ZS3.2的出现，厂家纷纷照样设计，照猫画虎，一大批产品应运而生，低成本、低配套使得产品大量出现，产品问题也越来越多。

母线，采用管型母线、D型母线能够最大程度的优化电场。绝缘件应进行电场分析，使用均压屏蔽环等措施，基于正确建模、参数设置的基础上，使电场强度最大程度优化。产品电场分析应采用三维分析，避免只是局部优化，而在系统中电场过度集中，如各别地方绝缘厚度与相应的空气间隙比小于1/4，而没有相应的屏蔽措施会造成空气场强过大而容易击穿。对于爬距，优化爬距位置，在环境条件允许情况下，减少爬距数量。对于绝缘设计、ANSYS分析等有大量论文，这里不一一赘述。

2.3.绝缘材料的选择

2.3.1.浇铸件环氧材料

对于绝缘材料，往往更多要求的是玻璃化温度，而对于产品的耐电痕参数很少考虑。按照美标IEEE C37.20.2金属铠装开关柜标准6.2.7.2 耐电痕试验，试验结果应符合ASTM D2303 条件A情况下的要求，即额定最大电压为8.25 kV及更高的开关柜组件。材料应根据ASTM D2303-96 条件A进行测试，施加电压2.5kV ，电痕到达25毫米（1 in）标记的时间≥300分钟。而国内开关柜绝缘件环氧材料样品在这项试验中，往往只要几分钟就到达标记，与300分钟相去甚远。只有选择亨斯迈等公司的优质材料才能通过试验。正是采用优质的绝缘材料，美标开关柜的绝缘件基本上没有爬距要求，表面光洁，更有利于电场分布。

2.3.2.绝缘隔板

对于绝缘隔板，厂家一般不是很重视，采用廉价的SMC板，质量差的SMC板长期使用会吸潮，应采用GPO-3等耐电弧材料，并经表面绝缘漆处理，才可以保证开关柜电场情况下长期运行。绝缘隔板应垂直布置，避免水平放置。根据电场情况，隔板布置在两相正中间，或相与地距离的正中间。

2.3.4.铜排表面处理

40.5kV开关柜柜母排必须进行绝缘处理，如采用RAYCHEM等厂家符合规格的产品，有条件最好进行环氧硫化涂覆处理，避免由于运行温度过高，或安装过程中绝缘破坏而引起的绝缘问题。由于40.5kV开关柜宽度、母排规格少，采用主母线环氧浇铸绝缘也是很好的选择。

3.导电回路和温升

3.1.众所周知，开关柜内部温度、湿度过高会加剧绝缘破坏。因此40.5kV开关柜更应加强导电回路的质量，加大产品通流裕度，合理设计通风，通风设计应有进有出，避免由于缺乏空气流动造成凝露。

3.2.铜排、触头等问题

梅花触头是关键，应在设计时保证动、静触头的对中性，挂壁式导轨可减少落地式由于安装基础造成开关柜变形，使梅花触头可靠接触。梅花触头要选择质量好的产品。真空灭弧室、极柱的设计要选择低电阻方案，避免长期热积累造成的温升过高，加速绝缘老化。触头加金属屏蔽罩即可以均匀电场，又可以增大散热面积，对温升、绝缘都有好处。

4.工程系统方案

开关柜作为配电的一个单元，在具体工程中需要进线、压变、出线、母联、所变等方案，这些方案的设计，由于不进行型式试验，因此产品性能不一定完全满足绝缘等要求，特别是一些非标设计，客户指定元器件、系统一次方案等，完全出自工程师特殊设计，忽略系统绝缘要求、气流风道等设计，造成绝缘隐患。如所用变柜，35kV 80kVA变压器重量大，而还是一味地坚持手车式结构，必然造成变压器选型要小巧
；手车操作困难，造成隐患。产品运行一年后由于梅雨季节湿热环境，且用电负荷加大，造成变压器相间绝缘击穿，引发内部故障停电，后不得不改用变压器固定安装，隔离开关加高压
；と鄱掀鞑僮鞣桨。

还有应该尽量减少一次元器件暴露设计、或非标绝缘罩板等设计，如压变手车，采用带熔断器一体化电压互感器，尺寸小，重量轻，没有裸露带电元件，最大限度减少产品绝缘问题。

对于这个问题，一方面，对于40,5kV开关柜，应尽量完善标准化方案设计，设计方案应满足客户常规要求，同时方案需要安全、可靠。标准方案需要按照IEC62271-307标准进行主要性能指标与型式试验产品的一致性的检查。另一方面，客户也需要尽量采用标准化方案。40.5kV空气绝缘开关柜是高档产品，不能随意设计方案，影响性能，忽略长期运行的风险。

5.结语

40.5kV空气绝缘开关柜的绝缘可靠性问题不是单纯的绝缘设计问题，同时也是整体设计、绝缘材料、产品质量的问题。而只是在绝缘设计上下功夫不能真正解决产品绝缘可靠性问题，而应系统的解决整体产品质量问题，优化产品设计、材料选择、质量控制，做到产品即小又可靠，真正满足用户要求。1200mm宽的开关柜不一定有绝缘问题，而1400mm宽的开关柜绝缘就好，产品是系统工程，而最低价中标等也使得企业忽视产品整体质量，在关键设计、零部件的使用上追求低成本，短期看产品漂亮，试验可以通过，而长期运行隐患重重。