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SF6断路器爆炸原因分析

作者:王正平  
评论: 更新日期:2011年05月30日


  
  3 事故原因分析
  

  值班员反映,当日15时刚刚对设备进行了巡视,断路器外观正常,没有放电声等异常情况,SF6气体压力正常,没有异常信号,加之断路器三相是同时爆炸的,基本排除了爆炸是由于断路器内部SF6气体压力低,触头间绝缘破坏击穿造成的。调看3622断路器台账,结果发现自2002年7月至断路器爆炸前没有试验报告,从相关单位证实,这一期间3622断路器确实未做过预防性试验,也就是说断路器在爆炸前是否存在潜伏性故障不得而知。这一线索足以引起高度重视,有可能在爆炸前3622断路器已存在较严重的缺陷,由于长时间未预试,潜伏的缺陷不断发展,而3621线路故障以及断路器跳闸,诱发了3622断路器爆炸。
  
  从故障录波器打印出的故障电流波形可以分析出,3622先是发生了AB相间短路,继而发展为ABC三相短路,在短路电流的巨大作用力下,断路器爆炸。这与3621最后一次跳闸仅相隔7s,这也从侧面验证了3621线路故障诱发了3622断路器短路。
  
  3622断路器额定电流1600A,电流互感器在断路器本体内部。
  
  从现场已经解体的爆炸断路器看,3622断路器相与相之间外部没有短路放电痕迹,短路发生在内部。AB相内置TA完全烧毁,并且有明显的电弧燃烧痕迹,加之保护装置烧毁,有高电压窜入二次电流回路的迹象。由于三相断路器底部连通,主变压器后备保护动作出口需要延时,两相短路发展为三相短路,在短路电流的作用下,断路器内部形成极高的气压,断路器爆炸,三相断路器从底部强度最薄弱的地方同时炸开。
  
  有一点可以肯定,3622断路器在爆炸前存在缺陷,并且是比较严重的缺陷,否则作为备用断路器,如果性能良好的话,不会发生绝缘击穿故障。
  
  3622断路器经受了弧光接地过电压,以及高幅值的重合过电压的冲击,尽管母线避雷器动作了一次,断路器内置TA存在的绝缘缺陷仍迅速发展,最终导致绝缘击穿,断路器爆炸。
  
  4 断路器缺陷分析
  
  设备交接试验报告数据显示,断路器1min工频耐受电压相对地、相间为95kV,断口间为95kV,均高于规定的85kV;SF6气体微水含量为60mL/L,小于规定的150mL/L;断路器投入运行时各项指标均合格,缺陷是后天形成的。
  
  4.1外界因素
  
  从一次系统图上可以看出,3622断路器在热备用状态,断路器的两个触头均带电,一端接林站35kV母线电压,另一端接林靳线线路电压。林站母线电压随值班员调节而变化,林靳线电压受靳站母线电压的影响,当进线电压低或靳站负荷大时,林靳线电压较低,反之当进线电压高或靳站负荷小时,林靳线电压就较高。由于断路器两侧电压变化不同步,断路器触头之间存在电压差,极端情况下(断路器的母线侧和线路侧发生异相接地)最高值可达3倍相电压。
  
  4.2断路器本身因素
  
  SF6气体绝缘只适用于均匀电场和稍不均匀电场,SF6断路器为稍不均匀电场,尖角部位需要屏蔽,而该型断路器的绝缘拉杆截面为长方形,存在电场集中问题,不利于电场均匀分布。而不均匀的电场,对断路器内作为绝缘及灭弧介质的SF6气体的绝缘强度影响较大。SF6气体在不均匀的电场内绝缘容易被击穿。当所加电压小于击穿电压时,往往因局部绝缘被击穿而导致整体绝缘的击穿。案例中,在外部过电压的作用下,有绝缘缺陷的内置TA先被击穿,最终导致绝缘整体击穿。
  
  并且,内置TA形式的SF6断路器属组合绝缘,对制作工艺要求较高。虽然该断路器通过了型式试验,但从解体的断路器看,内部制作工艺十分一般。这些都为局部放电埋下了隐患,内置TA成为长期局部放电的最大受害者,由于预防性试验不到位,这些缺陷得不到及时发现消除,发生绝缘击穿只是时间问题。
  
  该断路器内附TA二次引线两侧,采用两片厚约2mm的环氧树脂片加胶带缠绕,做为绝缘,一旦二次引线绝缘破坏,一次高电压将窜入二次回路,除威胁人身及设备安全,继电保护也被破坏。通常这类断路器的TA二次引线是通过接地的金属管引出,如果高压引出线对金属管放电时,是对地放电,不是对二次绝缘放电。
  该型断路器三相底部连通,当一相发生故障时,产生的气体很容易扩散到其他两相形成内部短路,如果故障点切除不及时,断路器极可能爆炸。
  
  综上分析,由于断路器制作工艺不良、运行环境恶劣、定期试验维护不到位等原因,致使断路器带缺陷长期运行,最终在外部过电压的诱发下发生内部短路,导致断路器爆炸。
  
  5 对策措施
  
  为了避免再次发生类似事故,应采取以下措施:
  在3621、3622出线侧加装MOA限制线路侧的过电压;
  改造TA二次引线工艺,通过接地的金属管引出;
  在无法改变现有断路器内部工艺的情况下,加大技术监督力度,适当缩短试验周期,避免漏试验,确保设备运行状态可控在控。本案例,如果按期做预防性试验,应能提前发现断路器存在的缺陷,从而避免事故的发生。
  
  此次发生故障的断路器为内附TA型断路器,必须对该厂内附TA型断路器进行以下试验:
  绝缘提升杆绝缘电阻及交流耐压试验;
  断口之间交流耐压试验;
  SF6微水测试;
  断路器机械特性测试(包括分合时间及不同期);
  断路器分闸状态下对TA的耐压试验。
  
  发现数值超标及时处理,防止此类型断路器再次故障。
  
  调度部门制定合理的运行方式,避免此类断路器长期工作在热备用状态,可以定期将靳刘庄站倒3622供电,让3622断路器定期通电流,改善断路器的运行环境。

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