一起合閘彈跳時(shí)間超標(biāo)引起的10 kV開(kāi)關(guān)柜起火故障分析

孫志宇 王皓

摘要：針對(duì)一起10 kV開(kāi)關(guān)柜起火故障，通過(guò)故障現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)查，結(jié)合同一環(huán)境下運(yùn)行的斷路器耐壓、機(jī)械特性等綜合性測(cè)試以及廠(chǎng)家對(duì)同批次產(chǎn)品合閘彈跳性能的測(cè)試，得出斷路器合閘彈跳時(shí)間超標(biāo)是導(dǎo)致故障的根本原因。結(jié)合故障經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，從工藝改良、設(shè)備調(diào)試、驅(qū)動(dòng)更換等角度提出了改進(jìn)方案和防范措施，提高了開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行的可靠性。

關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)柜；斷路器；合閘彈跳；燃燒；故障分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TM591? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1671-0797（2023）17-0059-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.17.016

0? ? 引言

真空斷路器由瑞典佛加公司研發(fā)，自1920年面世以來(lái)得到了廣泛關(guān)注，其因體積小、重量輕、可多次重合閘操作等優(yōu)勢(shì)，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用[1]。目前，我國(guó)10 kV電壓等級(jí)的真空斷路器已經(jīng)基本取代油斷路器，其利用率已超過(guò)96%[2]。隨著技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，真空斷路器的可靠性和質(zhì)量都得到了極大的提升。但是，伴隨著真空斷路器的大范圍應(yīng)用和電網(wǎng)規(guī)模的日益復(fù)雜，產(chǎn)品瑕疵、安裝工藝、運(yùn)行環(huán)境等復(fù)雜因素導(dǎo)致的故障時(shí)有發(fā)生。本文針對(duì)一起10 kV開(kāi)關(guān)柜起火故障進(jìn)行分析，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)查，結(jié)合同批次產(chǎn)品的耐壓、機(jī)械特性等綜合性測(cè)試，得出斷路器合閘彈跳時(shí)間超標(biāo)是導(dǎo)致本次事故的根本原因，并制定了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施和解決方案。

1? ? 故障描述

1.1? ? 現(xiàn)場(chǎng)概況

11月21日凌晨00：29，運(yùn)行人員接到監(jiān)控電話(huà)，220 kV某變電站1號(hào)主變101A開(kāi)關(guān)后備保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)1號(hào)主變101A開(kāi)關(guān)，故障電流：A相25.41 A，B相24.66 A，C相25.45 A（二次值），變比600/1，10 kV Ⅰ段母線(xiàn)失電，負(fù)荷損失3.7 MVA（損失負(fù)荷于03：00全部轉(zhuǎn)供結(jié)束）。運(yùn)行人員于01：30左右到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，未貿(mào)然進(jìn)入，隨即聯(lián)系檢修人員。檢修人員于03：30到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，開(kāi)關(guān)室內(nèi)有黑煙冒出，無(wú)法進(jìn)入。故障發(fā)生時(shí)天氣為小雨，氣溫5 ℃，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)相關(guān)工作。

開(kāi)關(guān)室內(nèi)部煙霧基本排出后，檢修人員進(jìn)入開(kāi)關(guān)室進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)燒蝕跡象主要集中在2號(hào)電容器112間隔柜體中部及上部。112斷路器已完全變形無(wú)法抽出，打開(kāi)112后柜門(mén)及上方擋板，斷路器下導(dǎo)電桿動(dòng)觸頭已完全燒毀（圖1）。相鄰間隔1號(hào)電容器111、3號(hào)電容器113間隔繼電器儀表室二次電纜均有不同程度燒蝕跡象（圖2）。

1.2? ? 缺陷設(shè)備信息

2號(hào)電容器112開(kāi)關(guān)柜，型號(hào)：KYN28-2；生產(chǎn)日期：2012年12月1日；投運(yùn)日期：2013年9月30日；上次檢修日期：2019年11月20日。柜內(nèi)智能選相斷路器型號(hào)：IR1-12/1250-31.5；生產(chǎn)日期：2019年7月；投運(yùn)日期：2020年1月；投運(yùn)以來(lái)累計(jì)自動(dòng)投切次數(shù)：247次。

因現(xiàn)場(chǎng)112開(kāi)關(guān)柜斷路器導(dǎo)軌已變形，無(wú)法整體抽出，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)開(kāi)關(guān)柜從后柜門(mén)進(jìn)行拆解。打開(kāi)后檢查發(fā)現(xiàn)112斷路器下導(dǎo)電臂有疑似放電點(diǎn)，三相動(dòng)觸頭已粉化（圖3）。

檢查112開(kāi)關(guān)投切信息，11月20日19：45：40，10 kV Ⅰ段母線(xiàn)無(wú)功缺失，自動(dòng)合112開(kāi)關(guān)，投入2號(hào)電容器。11月21日凌晨00：27，開(kāi)關(guān)室監(jiān)控顯示112開(kāi)關(guān)柜有明火，開(kāi)關(guān)室火災(zāi)報(bào)警信號(hào)發(fā)出。

檢查故障錄波器（圖4）發(fā)現(xiàn)，11月21日00：27：02.822，主變保護(hù)故障錄波器啟動(dòng)，顯示B相單相接地，10 kV Ⅰ段母線(xiàn)電壓頻繁波動(dòng)12 s后，B、C相相間短路，10 ms后發(fā)展成為三相短路，主變低后備過(guò)流2時(shí)限保護(hù)經(jīng)1.2 s延時(shí)動(dòng)作，跳開(kāi)101A開(kāi)關(guān)。三相二次側(cè)故障電流25.3 A（一次側(cè)電流15 180 A，主變低壓側(cè)允許出口短路電流41 878.32 A）。

從現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)柜后柜門(mén)解體情況及現(xiàn)場(chǎng)的故障電壓波形分析，疑似斷路器下導(dǎo)電桿外絕緣性能不足，造成B相發(fā)生單相接地，10 kV Ⅰ段母線(xiàn)電壓頻繁波動(dòng)后最終導(dǎo)致三相短路，主變后備保護(hù)經(jīng)1.2 s的延時(shí)跳開(kāi)101A開(kāi)關(guān)。

2? ? 原因分析

2.1? ? 損毀設(shè)備解體檢查

待斷路器設(shè)備廠(chǎng)家及檢修室人員至現(xiàn)場(chǎng)后進(jìn)行設(shè)備解體?，F(xiàn)場(chǎng)解體時(shí)故障斷路器大部分已經(jīng)燒融，切割拖出斷路器手車(chē)后，發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜斷路器室隔板已經(jīng)被放電燒灼洞穿，如圖5所示。

進(jìn)一步檢查斷路器情況，發(fā)現(xiàn)B相斷路器本體真空泡已經(jīng)炸裂成碎片，C相真空泡破裂，A相真空泡相對(duì)完好，如圖6所示。

初步判斷由于斷路器B相真空泡出現(xiàn)絕緣問(wèn)題，斷路器在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)對(duì)柜體放電現(xiàn)象，故障持續(xù)發(fā)展，導(dǎo)致本次故障。

2.2? ? 同一批次斷路器停電檢測(cè)

由于112斷路器損毀嚴(yán)重，無(wú)法進(jìn)行進(jìn)一步的性能檢測(cè)，故對(duì)同一站點(diǎn)并列運(yùn)行的10 kV 4號(hào)至8號(hào)電容器開(kāi)關(guān)進(jìn)行停電檢修，按計(jì)劃開(kāi)展了斷路器本體的耐壓試驗(yàn)、回路電阻試驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)合閘選相延時(shí)時(shí)間校驗(yàn)等工作，以此作為對(duì)照分析依據(jù)。使用的儀器設(shè)備如下：TEKtronix DPO5104B示波器、SWT-VB開(kāi)關(guān)機(jī)械特性測(cè)試儀。

本次檢查的5臺(tái)開(kāi)關(guān)主回路電阻數(shù)據(jù)合格，與出廠(chǎng)值無(wú)明顯變化；耐壓測(cè)試通過(guò)，無(wú)放電現(xiàn)象；各相斷路器固有動(dòng)作時(shí)間穩(wěn)定，與出廠(chǎng)值最大偏差0.3 ms，小于偏差范圍；但在開(kāi)關(guān)機(jī)械特性測(cè)試的試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，部分?jǐn)嗦菲骱祥l彈跳時(shí)間超過(guò)了2 ms標(biāo)準(zhǔn)，并且數(shù)據(jù)相對(duì)于出廠(chǎng)值普遍高出很多（詳細(xì)數(shù)據(jù)如表1所示），其中5號(hào)電容器122開(kāi)關(guān)測(cè)試C相合閘彈跳2.375 ms，7號(hào)電容器138開(kāi)關(guān)斷路器特性測(cè)試C相合閘彈跳2.025 ms。Q/CSG 114002—2011《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》中規(guī)定：合閘時(shí)觸頭的彈跳時(shí)間不應(yīng)大于2 ms[3]，測(cè)試結(jié)果顯然超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)的2 ms。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械特性測(cè)試發(fā)現(xiàn)，同一批次運(yùn)行的斷路器確實(shí)存在合閘彈跳時(shí)間超標(biāo)的問(wèn)題。合閘彈跳在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中并沒(méi)有明確的定義，通常情況下認(rèn)為是開(kāi)關(guān)在合閘時(shí)觸頭剛接觸直至觸頭穩(wěn)定接觸瞬間為止的時(shí)間。在合閘彈跳過(guò)程中，觸頭斷開(kāi)距離小，電弧不會(huì)熄滅，將導(dǎo)致觸頭電磨損加重，從而影響真空泡的電壽命[4]。合閘彈跳時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)真空泡的絕緣性能破壞就越大。這也驗(yàn)證了上一節(jié)中的猜想，真空泡的絕緣破壞是導(dǎo)致本次故障的直接原因，而斷路器的合閘彈跳時(shí)間超標(biāo)是造成本次故障的根本原因。

3? ? 對(duì)策及建議

為了進(jìn)一步研究開(kāi)關(guān)合閘彈跳時(shí)間超標(biāo)的原因，避免再次發(fā)生此類(lèi)故障，后續(xù)和廠(chǎng)家開(kāi)展合作，進(jìn)行更深入的測(cè)試驗(yàn)證，得出了以下主要原因和相應(yīng)對(duì)策：

原因一：觸臂安裝工藝不規(guī)范，導(dǎo)致合閘過(guò)程中導(dǎo)電面接觸不良，引起合閘彈跳。

測(cè)試方法：不安裝觸臂進(jìn)行測(cè)試，合閘彈跳時(shí)間為0 ms；安裝觸臂后進(jìn)行測(cè)試，合閘彈跳時(shí)間為1.9～2.3 ms。

結(jié)論：觸臂安裝工藝不規(guī)范，導(dǎo)致合閘過(guò)程中導(dǎo)電面接觸不良，引起合閘彈跳時(shí)間超標(biāo)。

采取措施：打磨斷路器觸臂接觸面，并涂抹導(dǎo)電膏，調(diào)整觸臂安裝螺栓。

復(fù)測(cè)結(jié)論：處理后，再次測(cè)試合閘彈跳時(shí)間為0 ms。

原因二：斷路器超程過(guò)小，超出正常范圍1.8～2.2 mm。

采取措施：現(xiàn)場(chǎng)對(duì)斷路器進(jìn)行超程測(cè)試并做調(diào)整。

原因三：驅(qū)動(dòng)器不匹配，造成斷路器合閘速度過(guò)大，彈跳超標(biāo)。目前堆港變斷路器永磁機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器為CM-15型，存在與單相斷路器動(dòng)作不匹配的隱患，且由于輸出功較大，無(wú)法調(diào)整，可能導(dǎo)致斷路器合閘速度過(guò)大，合閘彈跳超標(biāo)。目前國(guó)外廠(chǎng)家已有永磁機(jī)構(gòu)單相動(dòng)作匹配驅(qū)動(dòng)器，可對(duì)超標(biāo)的斷路器驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行更換。

4? ? 結(jié)論

本文對(duì)某變電站10 kV真空斷路器起火故障進(jìn)行了分析驗(yàn)證，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，結(jié)合同批次產(chǎn)品的耐壓、機(jī)械特性等綜合性測(cè)試，得出真空泡絕緣破壞是導(dǎo)致本次故障的直接原因，而斷路器的合閘彈跳時(shí)間超標(biāo)是造成本次故障的根本原因。為了防范此類(lèi)故障的再次發(fā)生，從工藝、調(diào)試、驅(qū)動(dòng)更換等方面制定了相應(yīng)的策略和解決方案，對(duì)斷路器合閘彈跳時(shí)間超標(biāo)造成的故障起到了重要防范作用。

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收稿日期：2023-05-08

作者簡(jiǎn)介：孫志宇（1994—），男，江蘇連云港人，碩士研究生，助理工程師，研究方向：變電檢修。