电力系统中热缩绝缘件对开关柜寿命的影响
摘 要高压开关是电力系统中最关键的一种电器设备，尤其是中低压开关柜数量极多，检修量大，费用高。它的可靠性直接影响着电力系统的电网安全。有关资料表明，变电站维护费用的一半以上是用在高压断路器上，而其中50%又是用于开关柜的小修和例行检修上。另外据统计，10kV开关柜事故原因50%以上为绝缘件老化致使绝缘下降造成的。下图为部分现场拍摄的开关柜母排热缩套管的照片，表明热缩材料长期运行后容易开裂，造成绝缘性能的急剧下降。
【关键词】高压开关 开关柜 绝缘件
在目前相对保守的检修中，绝缘件的质量评估缺乏一定的针对性。对开关柜绝缘件的重要参数进行必要的跟踪检测，不仅可以帮助分析各种重要参数的变化趋势，判断是否存在故障的先兆，而且可以更为全面地掌握开关柜设备现在的运行状态，从而延长设备的维修保养周期，提高设备的利用率，减少维修保养的费用，提高电力系统运行的安全可靠性及自动化程度。这方面的研究已成为世界范围内电力工业运行及制造部门越来越关注的热点问题。根据公开的文献显示，目前国内电力系统各电科院均不具备绝缘件老化试验能力，国内仅少数几家科研院所具备绝缘件老化试验能力。为开展对开关柜内绝缘件质量评估，我们于2014年开展了绝缘件的老化试验探索，与国内绝缘方面比较权威的西安高压电器研究院合作，开展了对绝缘件的抽检与老化试验，取得了良好的效果。“1OKV热缩、绝缘件电热老化对开关柜寿命影响”科技项目的研究，将填补现有开关柜检测技术的空白，可以对开关柜的维修计划提供科学的技术依据。
1 试验项目简述
为考查热缩、绝缘件的性能，安排的试验有：工频耐受电压试验、局部放电量测量、雷电冲击试验、玻璃化温度测试、高低温循环试验、弯曲试验、湿热电老化试验。为了试验准确特定制了模拟开关柜的装配架，将绝缘件安装于装配架上，交流耐压试验、雷电冲击试验，局部放电量测量等项目在试验室进行；玻璃化温度测试、高低温循环试验、弯曲试验、湿热电老化试验等项目委托西安高压电器研究院进行。
2 综合以上各类试验，我们得出如下结论
2.1 影响开关柜热缩、绝缘件电气性能的主要原因
2.1.1 因制造工艺造成的空气间隙等产生局部放电老化（即电场老化）
热缩、绝缘件上存在孔隙时，在强电场下孔隙处产生局部放电，由此引起热缩、绝缘件老化。这是一般的放电和材料相互作用、侵蚀引起热缩、绝缘件损坏现象。我们调查了此时发生局部放电的特点，例如孔隙的种类、形状、大小和局部放电开始、降低电压和放电的特点，例如孔隙的种类、形状、大小和局部放电开始、降低电压和放电电荷之间的关系及局部放电脉冲波形的关系等。开关柜热缩、绝缘件中有球状气泡和开关柜热缩、绝缘件相连的电极剥离时，放电脉冲波形是不同的。关于这种放电脉冲波形或放电电荷发生的频率，有各种各样的发生原因，差别相当大。由上所述，为了避免内部缺陷，辨别制造上的不良，具有一定程度的可能性。
2.1.2 开关柜热缩、绝缘件表面上粘有金属粉尘及金属脱落物时会出现加速老化迹象
开关柜由于被密封，认为绝缘件老化的主要因素是在壳体内部发生，存在导电性异物（金属异物）粘附在热缩、绝缘件表面而发生电晕老化。开关柜热缩、绝缘件上粘附金属异物后，发生破坏时间之间关系的结果。放电电荷越大，破坏时间越短。另外，表面的形状效果非常显著，破坏时间也变得非常长，由此可知，老化、破坏对沿面老化是敏感的，但在特定场所的侵蚀老化影响程度不大。
2.2 有关10KV开关柜热缩、绝缘件机械强度降低的各种因素
2.2.1 因热老化
开关柜热缩、绝缘件因热老化和一般的高分子有机材料有相同的情况，和周围环境中的氧进行化学反应，分子结构被破坏，产生氧化分解和由于热能，分子结构直接被破坏而产生热分解的化学反应。
2.2.2 疲劳
开关柜热缩、绝缘件受到交变应力时，因交变效应，材料产生疲劳老化。交变应力有因短时间的电磁力产生的冲击疲劳老化和因通电时的热循环等产生的低频率疲劳老化。冲击疲劳：开关柜热缩、绝缘件的冲击抗拉疲劳老化的事例。当评价实际寿命时，必须充分地掌握与实体有关的载荷的种类（抗拉、压缩、弯曲）、外加方式、平均载荷、交变次数等。
2.3 蠕变
材料受到一定载荷影响时，材料的变形随着时间增加而增加的现象叫做蠕变。开关柜热缩、绝缘件的变形于时间的关系特性。蠕变破坏特性。蠕变破坏强度随着时间的增加而减小；还明白了随着温度的上升而降低。在该蠕变特性方面特别重要的是使用温度、应力范围的长时间的蠕变动态，这种推断和热老化的化学反应速度理论相同，logt和1/T为直线关系。因此，假如在高温时用加速老化试验求出寿命—温度曲线的话，可能推测低温时的寿命。对平时外加应力的选择必须考虑实际设备的最高使用温度和使用年限，有必要从充分安全的角度出发来决定。
3 热循环
绝缘材料受到因设备运行、停运等引起的温度升降的循环。金属和开关柜热缩、绝缘件的接触，保持充分的解密连接。关于这方面可以用热循环试验前后的局部放电试验等方法来确认。综合分析以上7个试验项目的数据，西安晨光电器开关厂开关柜中使用的常州富英品牌绝缘件，上海天正机电（集团）有限公司开关柜中使用的福建山亚开关有限公司生产的绝缘件均为DMC不饱和树脂材料生产，其玻璃化转化温度较低或无法测量，湿热电老化试验中局放起始电压偏低，如该类型绝缘件在生产中长期使用，更容易老化导致绝缘性能下降，从而引发开关柜事故。西安中瓷电力设备有限公司开关柜中使用华安电器品牌绝缘件，秦川电站仪表厂开关柜中使用浙江七一电器品牌绝缘件全部通过以上七项试验，尤其在湿热电老化试验前后局放起始电压与局放量未有明显变化，绝缘性能良好。建议在省内使用开关柜中禁止采用DMC不饱和树脂材料生产的绝缘件。
本次绝缘件抽检试验，对各厂家使用绝缘件性能进行了充分全面的测试。根据上述试验结果，对绝缘件的常规试验项目如工频耐受电压试验、雷电冲击试验等不能很好地区分其质量的好坏，而通过玻璃化温度测试、高低温循环试验、弯曲试验、湿热电老化试验项目，对绝缘件性能的优劣能够很好地检测和区分。建议在省内建立绝缘老化试验室，今后加强对绝缘件类产品的抽检力度，规范绝缘件的使用。
参考文献
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[2]刘贤兴.绝缘套管泄漏电流在线检测单元设计[J]. 继电器，2008，36（7）.
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