雷擊引起的斷路器燒毀故障的分析

曹鑄強(qiáng)

【摘 要】近年來，電網(wǎng)中高壓斷路器遭雷擊引起的故障時(shí)有發(fā)生且成上升趨勢。本文介紹了某變電站內(nèi)35kV真空高壓斷路器在雷雨天氣被燒毀的故障，通過對(duì)故障斷路器進(jìn)行外觀檢查及數(shù)據(jù)測量，并對(duì)故障錄波圖與保護(hù)動(dòng)作記錄進(jìn)行詳細(xì)分析，得出結(jié)論：斷路器在斷位時(shí)遭受雷擊2次（或3次），真空滅弧室真空度、滅弧元件嚴(yán)重?fù)p壞導(dǎo)致最后一次開斷失敗，是造成事故的直接原因。高壓斷路器是電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，應(yīng)從各方面保證其安全穩(wěn)定運(yùn)行。為避免該類事故再次發(fā)生，提出了對(duì)高壓斷路器的相應(yīng)檢修維護(hù)措施和建議（特別是雷電多發(fā)地區(qū)）。

【關(guān)鍵詞】雷擊；斷路器；數(shù)據(jù)測量

引言

高壓斷路器是電力系統(tǒng)中最重要的控制和保護(hù)用電氣設(shè)備，其可靠性，直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。隨著近幾年來系統(tǒng)的容量劇增，負(fù)荷的日益加重，短路容量也隨之增加，造成高壓斷路器故障率升高。本文以一起高壓斷路器燒毀故障為例，介紹事故發(fā)生經(jīng)過，分析事故原因，提出相應(yīng)檢修維護(hù)措施和建議，避免同類事故再次發(fā)生。

某變電站運(yùn)行編號(hào)為314的真空斷路器（型號(hào)ZN12-40.5，額定電流1250A，額定短路開斷電流25kA，投入運(yùn)行20個(gè)月）某日17時(shí)47分發(fā)生故障，斷路器滅弧室未熄弧，開斷失敗，發(fā)展成該斷路器相間短路，導(dǎo)致斷路器燒毀。發(fā)生故障時(shí)變電站所在地區(qū)暴雨并伴有雷暴，氣溫27℃左右，大風(fēng)。

1.現(xiàn)場檢查

1.1外觀檢查

故障后斷路器如圖1 所示。經(jīng)現(xiàn)場檢查，314斷路器在分位，機(jī)械位置正常；B、C相滅弧室有明顯過溫變色；對(duì)C相滅弧室解體后發(fā)現(xiàn)，觸頭燒毀；A相滅弧室金屬罩與絕緣瓷柱連接部有一1厘米長孔洞，絕緣支撐桿嚴(yán)重?zé)龘p，如圖2所示；AB相間有嚴(yán)重短路；斷路器支持絕緣子、絕緣拉桿表面碳化；柜內(nèi)絕緣隔板有大量電弧噴濺，CT二次線燒毀，如圖3所示。

1.2 測量數(shù)據(jù)

對(duì)損壞的A、B相滅弧室進(jìn)行絕緣試驗(yàn)，數(shù)據(jù)見表1。

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，2.5cm 空氣間隙中平板電極的擊穿電壓為Kv，可見滅弧室極間絕緣已經(jīng)被完全破壞。

2.原因分析

根據(jù)#2 主變保護(hù)裝置錄波圖及保護(hù)動(dòng)作記錄分析，在17時(shí)47分14秒274毫秒314過流保護(hù)II段動(dòng)作（BC相短路，降為0，故障點(diǎn)應(yīng)在線路），但故障未被切除，BC相短路電流一直延續(xù)，與BC相滅弧室有明顯內(nèi)部過溫現(xiàn)象吻合，說明電弧一直在BC相滅弧室內(nèi)燃燒。

在第77個(gè)周波時(shí)，原本沒有短路故障正常斷開的A相，產(chǎn)生了故障電流（故障點(diǎn)應(yīng)在線路，說明斷口重?fù)舸捎诋?dāng)時(shí)為雷雨天氣，雷擊可能性較大），、急劇降低，C相故障電流有少量增長，幅值與A相相同。

在第82個(gè)周波時(shí)，A相故障電流峰值明顯增大，三相電壓基本為0，說明故障點(diǎn)轉(zhuǎn)移至314開關(guān)柜內(nèi)部（應(yīng)為AB相間柜內(nèi)短路，與現(xiàn)場設(shè)備損毀現(xiàn)象吻合）。C相故障電流無變化，說明C相故障點(diǎn)沒有轉(zhuǎn)移，與現(xiàn)場斷路器BC相間沒有短路現(xiàn)象吻合。

第111個(gè)周波時(shí)，三相故障電流消失（從314線路故障開始，到故障被302 斷路器切除共持續(xù)2.22s，減去斷路器固有分閘時(shí)間、燃弧時(shí)間，保護(hù)原件響應(yīng)時(shí)間，與#2變中后備過流II段5.5A/2.1s跳302定值吻合）。

分析314保護(hù)時(shí)間列表，發(fā)現(xiàn)17點(diǎn)12分33秒314斷路器跳閘后（第一次試送后的跳閘，斷路器在斷位），至17點(diǎn)24分19秒314斷路器第二次試送之前產(chǎn)生了一系列保護(hù)元件、過流、合閘加速啟動(dòng)和返回事件，共有3時(shí)間階段，為16分05秒至15秒、20分06秒至21秒、30分38秒至49秒。按以上時(shí)間段取出302錄波，發(fā)現(xiàn)16分、30分時(shí)各有一次故障錄波，均為三相短路。16分時(shí)段故障電流持續(xù)時(shí)間1.46s，30分時(shí)段故障電流持續(xù)時(shí)間1.62s，均未到345定值5.5A/1.8s，所以變電站沒有發(fā)生保護(hù)出口。

20分時(shí)段沒有故障錄波，也沒有變電站及其所屬電廠的任何保護(hù)出口。分析為產(chǎn)生的故障電流比較小，沒有達(dá)到定值，故障自行消除。16分時(shí)段和30分時(shí)段發(fā)生的故障電流與斷路器上一次滅弧間隔幾分鐘，滅弧室不可能自行重?fù)舸?，而且故障波形體現(xiàn)為三相同時(shí)短路故障，所以根據(jù)當(dāng)天雷雨天氣分析，斷路器在最后一次試送之前，斷口被雷電擊穿2次（或3次），由于314斷路器在斷位已不具備滅弧能力，長燃弧達(dá)1.46s 和1.62s，直到其所屬電廠切斷故障。滅弧室在此時(shí)已經(jīng)受到嚴(yán)重破壞，觸頭嚴(yán)重?zé)龘p、真空度降低，導(dǎo)致17：47分開斷失敗，斷路器永久性損壞。

3.結(jié)論

綜合以上分析得出結(jié)論，314 斷路器在17：12-17：30這一時(shí)段在斷位時(shí)遭受雷擊2次（或3次），真空度、滅弧元件嚴(yán)重?fù)p壞導(dǎo)致最后一次開斷失敗，是造成事故的直接原因。

為避免同類事故再次發(fā)生，建議如下：

（1）立即在雷電多發(fā)地區(qū)增設(shè)線路出口避雷器，優(yōu)化避雷線保護(hù)角，防繞擊雷。

（2）在雷電天氣斷路器跳閘而又不能立即送電時(shí)，跳閘后盡快拉出小車（或拉開線路刀閘），防止雷擊斷路器斷口。送電時(shí)，推入小車（或合上線路刀閘）后盡快合斷路器。此種情況下投入重合閘應(yīng)更有利于電網(wǎng)、設(shè)備的安全。

（3）堅(jiān)持開展真空斷路器真空度測試，防止真空度降低造成滅弧室開斷失敗。

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民物質(zhì)文化生活水平的不斷提高，人們對(duì)電力的需求量愈來愈大，促使電力事業(yè)迅速發(fā)展，電網(wǎng)不斷擴(kuò)大，用戶對(duì)供電質(zhì)量和供電可靠性的要求也越來越高，同時(shí)也要求電力供應(yīng)部門提供安全、經(jīng)濟(jì)、可靠和高質(zhì)量的電力。高壓斷路器在供電可靠性方面起著至關(guān)重要的作用，細(xì)小環(huán)節(jié)處理不當(dāng)也可能引發(fā)嚴(yán)重后果，應(yīng)予以高度重視。