110 kV SF6斷路器爆炸故障分析

張?jiān)疲讨救f(wàn)，彭晶，孫傲陽(yáng)，羅洪宏

（1. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司玉溪供電局，云南 玉溪 653100；2. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，昆明 650217；3. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司楚雄供電局，云南 楚雄 675000。）

0 前言

高壓斷路器是電力系統(tǒng)的核心設(shè)備，能夠關(guān)合、承載和開斷正?；芈废碌呢?fù)荷電流，同時(shí)也能夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)承載和開斷異?；芈窏l件下的故障電流的機(jī)械開關(guān)裝置[1]，主要起到控制和保護(hù)兩方面的作用，其中控制作用表現(xiàn)在它能夠根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行方式需要，靈活投入或退出部分電力線路或設(shè)備；保護(hù)作用是指它能夠在電網(wǎng)某部分發(fā)生故障時(shí)，快速將故障部分從電網(wǎng)中切除，從而確保電網(wǎng)其他部分安全運(yùn)行由此可見，斷路器是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行地重要保障[2-3]。國(guó)內(nèi)出現(xiàn)多起SF6斷路器爆炸事故[4-8]。以下介紹一起110 kV斷路器爆炸的實(shí)例分析。

1 故障基本情況

1.1 斷路器概況

斷路器型號(hào)為L(zhǎng)W36-126，額定電壓126 kV，額定電流3 150 A，額定短路開斷電流40 kA，滅弧室額定氣壓0.6 MPa。該斷路器為SF6自能式斷路器，采用SF6氣體作為滅弧介質(zhì)和觸頭斷開后的間隙絕緣介質(zhì)，具有開斷能力強(qiáng)，開斷迅速，維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)[9-11]。當(dāng)開斷相對(duì)較小電流時(shí)SF6氣體在壓氣室被壓縮，經(jīng)過(guò)容積不變的熱膨脹室并沿著電弧流過(guò)噴口喉部，此時(shí)沒(méi)有產(chǎn)生足夠的氣體壓力來(lái)關(guān)閉單向閥，熱膨脹室和壓氣室形成了一個(gè)大的壓氣室，通過(guò)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的氣吹壓力來(lái)開斷電流。

當(dāng)開斷大的短路電流時(shí)，電弧燒蝕噴口管內(nèi)表面產(chǎn)生PTFE蒸汽[12]。弧柱中釋放的熱能累積在熱膨脹室中，熱膨脹室中的氣壓持續(xù)上升直到其能夠驅(qū)動(dòng)單向閥到達(dá)閉合位置。從噴口喉部打開的時(shí)刻起，在機(jī)構(gòu)作用下和/或較小的瞬時(shí)電流值下電弧直徑減小時(shí)，熱膨脹室和周圍空氣間的壓力差所產(chǎn)生的氣流沿著電弧流過(guò)噴口，使電弧在電流零點(diǎn)熄滅。

在合閘時(shí)，回氣閥打開使SF6氣體進(jìn)入熱膨脹室和壓氣室。[13]

1.2 故障概況

故障前運(yùn)行方式：35 kVⅠ、Ⅱ段母線正常運(yùn)行，35 kV 1-1L電抗器314斷路器、1-2L電抗器315斷路器、1號(hào)站用變317斷路器處運(yùn)行狀態(tài)；35 kV 1-1C電容器組311、1-2C電容器組312、1-3C電容器組313、1-3L電抗器316斷路器、2-3L電抗器326斷路器處熱備用狀態(tài)；35 kV 318斷路器處冷備用狀態(tài)，如圖2所示。

圖1 SF6自能式滅弧室

圖2 變電站接線圖

某500 kV變電站通過(guò)AVC自動(dòng)投切裝置投上35 kV 314斷路器，后臺(tái)顯示314斷路器在合閘狀態(tài)，隨后開關(guān)場(chǎng)有爆炸聲，314斷路器間隔處有濃煙升起并伴隨火光。根據(jù)故障錄波數(shù)據(jù)顯示斷路器合閘后1分17秒，斷路器A相發(fā)生單相接地故障，在斷開上級(jí)301斷路器后故障隔離。

2 設(shè)備檢查

A相極柱瓷套完全炸碎，極柱內(nèi)部導(dǎo)電部位燒蝕嚴(yán)重，部分零部件燒熔，部分零部件缺失。經(jīng)解體檢查，發(fā)現(xiàn)A相極柱下支撐座內(nèi)壁及法蘭連接面燒蝕嚴(yán)重，將燒蝕部件進(jìn)行清潔處理后發(fā)現(xiàn)，在下支撐座內(nèi)壁處發(fā)現(xiàn)一道從法蘭面開始向內(nèi)延伸的凹陷痕跡，該痕跡深度向內(nèi)逐漸變深。

在該痕跡區(qū)域附近屬于斷路器絕緣拉桿與操作桿接頭處在分合閘操作過(guò)程中運(yùn)動(dòng)范圍。經(jīng)故障模擬，初步判斷凹陷痕跡是由于操作桿與絕緣拉桿金屬頭連接處軸銷端部摩擦造成的。

在受損零部件中，壓氣缸已斷裂，內(nèi)部動(dòng)弧觸頭已燒熔，斷裂的壓氣缸與中間觸頭相接觸。根據(jù)該型斷路器運(yùn)動(dòng)原理在斷路器合閘時(shí)拐臂旋轉(zhuǎn)拉動(dòng)絕緣拉桿、操作桿向上運(yùn)動(dòng)，并同時(shí)帶動(dòng)壓氣缸、動(dòng)弧觸頭、主觸頭運(yùn)動(dòng)到合閘位置，可以將斷裂的壓氣缸與中間觸頭相接觸距離與設(shè)計(jì)距離比較可得出斷路器在操作過(guò)程是否合閘到位。

將壓氣缸從中間觸頭中拆除可以看到中間觸頭的觸指在壓氣缸壁上留下明顯的痕跡和熔焊點(diǎn)，斷路器在合閘位置時(shí)壓氣缸底部至中間觸頭觸指之間距離要求約為14 mm，而A相為44 mm，說(shuō)明在斷路器故障時(shí)壓氣缸未按要求運(yùn)動(dòng)到合閘位置，距合閘位置為30 mm，斷路器A相合閘不到位。

3 故障分析

3.1 故障原因

綜合斷路器極柱解體、模擬試驗(yàn)及設(shè)備實(shí)驗(yàn)室金屬檢測(cè)結(jié)果綜合分析可得出以下結(jié)論：

斷路器A相絕緣拉桿與操作桿接頭處連接軸銷端部的彈簧擋銷未安裝或安裝不到位，造成分合閘過(guò)程中軸銷移位，故障前斷路器合閘時(shí)與下支撐座內(nèi)壁產(chǎn)生摩擦，使得合閘阻力增大，絕緣拉桿移動(dòng)受阻，產(chǎn)生彎曲變形，最終導(dǎo)致斷路器A相合閘不到位。

A相合閘不到時(shí)，動(dòng)、靜主觸頭未接觸，動(dòng)弧觸頭和靜弧觸頭輕微接觸，弧觸頭間會(huì)產(chǎn)生懸浮放電，放電持續(xù)發(fā)展，動(dòng)弧觸頭和靜弧觸頭過(guò)熱導(dǎo)致弧觸頭燒熔。

當(dāng)動(dòng)弧觸頭和靜弧觸頭燒蝕到一定程度時(shí)，它們之間的距離增大，放電開始轉(zhuǎn)移至動(dòng)主觸頭和靜主觸頭及屏蔽罩之間，造成動(dòng)主觸頭和靜主觸頭及屏蔽罩燒熔。滅弧室內(nèi)燒蝕產(chǎn)生大量金屬熔液下流，導(dǎo)致絕緣拉桿爬電燒蝕，絕緣拉桿發(fā)生貫穿性擊穿，斷路器A相發(fā)生單相接地故障，造成A相本體底部炸裂。最終，由于持續(xù)放電產(chǎn)生的壓力及熱效應(yīng)，A相滅弧室瓷瓶及支柱瓷瓶發(fā)生爆炸。

3.2 防范措施

1）與本次故障同批次的LW36-126斷路器開展回路電阻、氣體成分分析抽檢。

2）對(duì)于回路電阻、氣體成分分析抽檢中發(fā)現(xiàn)存在異常的，開展X射線復(fù)測(cè)[14]。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)LW36-126斷路器在合閘操作過(guò)程中發(fā)生極柱爆炸的過(guò)程及原因開展分析，提出了相應(yīng)的防范措施，對(duì)斷路器類似事件的防范有著積極作用，保障設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。