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產品知識

一起電容器組真空斷路器爆炸事故分析和預控

摘 要: 真空斷路器以其優越的滅弧性能和免維護的優點大量運用于變電站的 10 kV 電壓等 級中,它主要起分合線路的負載電流和切斷故障電流的作用。由于真空斷路器熄滅容性電流 比感性電流要困難得多,因此,電容器組開關因未能滅弧而引發的爆炸事故時有發生。文章通 過分析一起 10 kV 電容器組開關的爆炸事故,分析其中的原因,并提出相關預控措施。

0 引言

東莞是一個用電基數大、負荷增長快的發達 城市,如此大的電能需求,對變電站的無功設備造 成了巨 大 的 壓 力。 為滿足電網無功不斷變化需 求,電容器需要頻繁地投切,在夏季用電高峰期, 每日投切次數更高達 6 次。如此頻繁地操作真空能下降等問題,尤其是投運 10 年以上的設備,對電網的安全穩定運行構成了很大的威脅[1]。

1 事故介紹

2011年5月7日7時39分,東莞供電局110kV金洲變電站在合4#電容器組527開關時,開關立即跳閘,527開關保護裝置發"限時電流速斷保護動作ABC相,Ib=112.95A"信號,反應B相有故障,跳527開關。隨即,次級502乙開關跳閘,502乙開關保護裝置發"IV段復壓閉鎖過流保護動作AC相,Ia=35.19A"、"母線保護動作AC相,Ia=35.19A"信號,反映母差范圍內有故障,跳502乙開關。事故造成10kVII乙段母線失壓。隨后,經值班員檢查發現故障點在527開關真空泡處,便迅速隔離527開關,及時恢復II乙段母線運行。

2事故現場檢查

發生事故的4#電容器組的開關柜為XGN型,開關型號ZN28—10Q,搭配CT19操作機構,1998年6月投運至今。對故障現場進行檢查和分析,發現:

1)真空斷路器上支架有明顯的三相短路痕跡,各相的真空泡外壁都有不同程度的損傷,其中A、C相爆裂,B相有裂紋如圖1所示。

2) 拆下開關連接母排后發現,真空泡上支架接線面處三相都有明顯的灼傷痕跡,而下接觸面完好,如圖2 所示。由此可見,短路點在真空泡上支架連線處,短路時開關已跳閘,巨大的短路電流只灼傷了上支架接觸面。

3) 敲碎真空泡的外壁進行內部檢查,發現C相內部的觸頭、真空罩燒傷嚴重,如圖3 所示。而A、B 相完好。由此可知,C 相滅弧室是電弧從里面燒傷的,A、B 相真空泡外壁則是從外部燒傷的。

4) 開關機構指示開關在分位,通過測量開距點、敲碎真空泡觀察觸頭位置( 見圖3) 也證實開關在分位,由此可知,開關跳閘成功。


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5) 檢查電容器組,發現B 相B14 的保險絲熔斷,測量容值及進行耐壓試驗均合格。

3 事故原因分析

電容器組在送電時,因B14 保險絲熔斷而產生差流,該電容器組采用的差流保護動作,使開關立即跳閘[2]。在分閘的過程中,C 相真空泡因未能熄滅電弧( 從內部嚴重燒傷可知) ,導致滅弧室爆炸,并引起上支架處三相斷路。由故障錄波可知,當時斷路電流為24 kA,巨大的斷路電流導致上支架接觸面灼傷,并從外部燒傷A、B 相真空泡,但未能破壞其內部。

可以明確,事故是從C 相真空泡未能有效滅弧開始的,且根據開關在分位可知,真空泡未能熄滅的是跳閘時的電弧。造成滅弧失敗的可能原因有: ①真空度下降; ②分閘時觸頭反彈幅值過大。該開關在2009 年做了耐壓試驗并合格,由此可見,觸頭反彈幅值過大引起的機率較大。另外,電容器通過的是容性電流,根據滅弧的特性,真空開關熄滅容性電流要比感性電流困難許多[3]。

4 預控措施

本開關從1998 年投運至今已有13 年,其間未進行過技改或更新,設備老化嚴重,性能下降明顯。因為電容器是10 kV 同類設備中投切最頻繁、開關分合次數最多的設備[4],且真空泡每次熄滅的容性電流都要比線路的感性電流困難得多。因此,長年嚴酷運行,在其性能下降后也沒能及時發現,是造成這次事故的原因。為避免同類事故發生,我們認為有必要對電容器組開關采取以下預防措施:

1) 針對電容器開關目前的運行狀況,進行綜合評估,尤其是投產超過一定年限的。真空斷路器正常操作的機械壽命、電氣壽命都為10 000 次[5],此電容器開關運行13 年,以平均每天操作3 次計算,分合次數已達3  365  13 = 14235 次,遠超過了規定的次數。另外,目前有很多記數器已經損壞,需要進行調查和處理,以獲得準確數據,為設備評估作參考。

2) 在做機械特性測試時除常規項目外,還應重點包括分閘反彈項目。目前,我們的交接、預試項目中只有合閘彈跳時間,沒有分閘反彈幅值。而根據DL /T 402—2000《12 kV ~ 40. 5 kV 高壓真空斷路器訂貨技術條件》中第6. 4. 1 條規定[6],"真空斷路器……的機械特性試驗,包括分、合閘時間、合閘彈跳時間、分閘反彈幅值……",按照規定,不同型號、不同廠家的真空泡分閘反彈幅值不盡相同,但一般來說幅值應不超過觸頭開距的30%[7]。對電容器組的開關來說,由于真空泡開斷的是容性電流,比熄滅一般線路的感性電流要困難得多,如果分閘時觸頭反彈過大并超過規定值,就會因為拉弧不夠或電弧重燃而造成的滅弧失敗,進而導致真空泡爆炸[8],因此我們必須要重視分閘反彈的測試,確保此項合格。

3) 檢查緩沖器的性能狀況。緩沖器的作用是吸收開關分閘時過剩的能量,否則分閘拐臂就會與機構發生硬性碰撞,這是導致觸頭反彈的主要原因[9]。由于運行的時間過長,且缺乏維護,部分緩沖器已失效,因此必須要認真地檢查與維護,確保其功效良好。

4) 重視滅弧室的真空度測試。在南網《電力設備預防性試驗規程》[10]中第7. 3 條明確規定,電容器開關滅弧室真空度的測量周期為3 年一次。雖然目前可通過耐壓試驗來代替,但耐壓試驗只是定性,不能定量反映真空度,即在真空度臨近不合格時,耐壓試驗同樣可以通過,卻不能反映真空度已臨近不合格這一狀況[11],此時,分閘操作如果再誘以觸頭反彈過大等因素,就會造成滅弧失敗的事故。

5) 測量觸頭磨損量,主要針對電容器開關熄滅容性電流困難、對觸頭燒損嚴重、防止開關在合閘狀態時觸頭發熱。

6) 測量回路電阻值,主要是檢測動靜觸頭的接觸情況。

5 結語

目前,我們對電容器組開關的檢修維護、驗收預試等都保持著與普通線路開關同等的要求,各種相關規程上也沒有加以注析區別對待,存在著一定的不合理性。考慮到電容器組在東莞負荷重區頻繁投切的工況,結合真空開關熄滅容性流比感性電流困難的特點,我們提出了一系列針對電容器組開關故障頻發的預控措施,以提高電容器組運行的安全可靠性。

參考文獻:

[1]吳高波,阮江軍,黃道春,等. 多斷口真空斷路器均壓電容研究綜述[J]. 高壓電器, 2011, 47( 3) : 77-81.

[2]張雄偉. 并聯電力電容器保護[J]. 電力電容器與無功補償, 2008, 29( 6) : 46-48.ZHANG Xiong-wei. Protection of shunt power capacitor[J]. Power Capacitor & Reactive Power Compensation,2008, 29( 6) : 46-48.

[3]劉天哲. 電容器無功補償裝置的配置、安裝和故障處理[J]. 電力電容器, 2006, 27( 3) : 1-2,5.LIU Tian-zhe. The arrangement,installment and faulttreatment of capacitor installation for reactive power compensation[J]. Power Capacitor, 2006, 27( 3) : 1-2,5.

[4]容亮,陳作兵. 電力電容器在電力系統中的使用綜述[J]. 電力電容器, 2006, 27( 5) : 49-53.RONG Liang,CHEN Zuo-bing. The overview of power


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