真空斷路器故障引起母線帶電原因分析

付克勤

（璧山供電局，重慶 璧山 402760）

某110kV變電站于2007-07-05投運，10kV系統采用ZN65A-12型真空斷路器。2007-09-06，真空斷路器曾發生滅弧室漏氣導致真空度消失故障，但由于10kVⅡ段母線未帶負荷，且值班員嚴格執行了《電力安全工作規程》的規定，避免了事故發生。

1 故障情況

該新建110kV無人值班變電站主接線如圖1所示。10kV出線暫時無負荷，2臺主變空載運行，即所有10kV出線和分段620斷路器、6201，6202刀閘，1號主變601和2號主變602真空斷路器處于冷備用。

圖1 110kV某變電站10kV側主接線示意

2007-09-06，對10kVⅠ段和Ⅱ段母線的電壓互感器(TV)之間進行核相，合上601，602斷路器，以及6011，6014，6022和6024號刀閘(620號斷路器處于分段狀態)，此時10kVⅡ段母線A，B，C三相相電壓分別為5.9kV，5.9kV，6kV。核相后，值班員在對10kVⅡ段母線進行停電操作，斷開2號主變602斷路器，檢查斷路器機械指示處于分閘位置后，發現主控制室監控機顯示10kVⅡ段母線A，B，C三相相電壓分別為5.4kV，4.5kV，4.5kV，線電壓Uab為0.9kV(監控機只顯示Uab而不顯示Ubc，Uca)。核對10kVⅡ段母線TV柜上電壓表顯示三相相電壓一致，而線電壓Uab，Uca接近1kV，Ubc指示為0。再次檢查602和分段620斷路器機械指示顯示仍為分閘位置。于是初步判斷可能是10kVⅠ段母線電壓通過并聯母線TV感應到Ⅱ段母線上。但是斷開601斷路器后，監控機和10kVⅠ段母線TV柜上電壓表顯示Ⅰ段母線線電壓和相電壓全為0，而Ⅱ段母線的線電壓和相電壓沒有變化。因此，可以排除Ⅰ段母線電壓對II段母線的影響。

由于10kVⅡ段母線無負荷，直接斷開6024刀閘后，線電壓和相電壓全部消失。這說明10kVⅡ段母線上存在電壓的原因是602真空斷路器存在故障，分閘后仍處于“導通”狀態，使2號主變低壓側電壓通過斷路器本體導電形成回路。

隨后，對602真空斷路器進行試驗檢查。首先用萬用表電阻檔測量分閘狀態，動靜觸頭間不導通，說明斷路器已正常斷開。然后，用SI-5001型兆歐表2500V檔測602真空斷路器三相滅弧室斷口間絕緣電阻，測B、C兩相時，兆歐表處于滿量程100000+，加在滅弧室斷口上的實際電壓接近測試電壓2500V，因此可以判定斷路器B，C相滅弧室完好；測得A相滅弧室斷口絕緣電阻僅0.06MΩ，加在滅弧室斷口上的實際電壓為247V，遠遠低于測試電壓2500V。為了排除滅弧室外殼表面受潮、臟污等因素影響，先用無水酒精擦洗，再采用屏蔽法進行測量，結果完全相同。可以判定A相滅弧室存在故障，且其動靜觸頭已斷開。

其次，對斷路器三相分別進行交流耐壓試驗。B，C兩相能通過42kV，1min的交流耐壓試驗，可以判定斷路器B，C相滅弧室完好。而對A相進行交流耐壓試驗時，試驗電壓升至12kV時，真空滅弧室就發生擊穿，說明A相滅弧室內部存在故障。最后，用手輕輕拉動其動觸頭能自由滑動，表明滅弧室已漏氣，室內外壓力相同。因為完好的滅弧室內是負壓，手向外拉動觸頭時不能自由滑動，欲使其滑動要用特別大的力。因此，可判斷A相滅弧室本身出現漏氣點，導致其內部真空度消失，動靜觸頭斷口間全靠空氣絕緣；由于其開距短，約為10mm，所以絕緣電阻值下降特別快。

2 10kVⅡ段母線帶電原因分析

真空斷路器A相滅弧室漏氣后，2號主變10kV側電壓通過斷路器動、靜觸頭產生了靜電感應電壓。在斷路器分閘后，動觸頭處于帶電狀態，其周圍有強烈的磁場；靜觸頭對地呈絕緣狀態，相當于對地存在分布電容。理想情況下，系統中性點對地電壓為0，所以動觸頭對地存在一個電位差，其幅值等于相電壓U，即等于5.9kV。因靜觸頭對地絕緣，其絕緣電阻相當高，那么靜觸頭與動觸頭之間相當于存在一個等效電容C1，靜觸頭對地之間也存在一個等效電容C2，如圖2所示。此時靜觸頭與地之間產生一個電位差UC2，這個電位差就是感應電壓，幅值為：UC2=UC1/(C1+C2)。

圖2 等值電路示意

由于C2遠遠小于C1，所以靜觸頭上感應電壓UC2接近但小于動觸頭上電壓5.9kV。

從上述分析可知，由于靜電感應使滅弧室斷口兩側都存在電壓，相當于斷路器未斷開，處于“導通”狀態，導致10kVⅡ段母線A相也有電壓，其值Ua等于靜電感應電壓UC2，監控機上顯示其值為5.4kV。由于10kVⅡ段母線所用TV一次繞組采用“四星形”接線方式，A相母線感應電壓Ua會加在A相TV和零序TV的一次繞組串聯電路上。一般情況下，零序TV阻抗遠遠大于A，B，C三相TV的阻抗值，所以零序TV一次繞組承擔較大部分電壓UN。從前面分析可知，真空斷路器B，C相已完全斷開，B，C相母線電壓就是零序TV上的電壓，即監控機和Ⅱ段母線TV柜上電壓表顯示的相電壓Ub，Uc為 4.5kV，實際上就是零序TV電壓UN。因此，B，C相母線上電壓大小相等、相位相同，而A相與B，C相電壓大小不同但相位相同，所以Ⅱ段母線TV柜上電壓表顯示Uab、Uca接近1kV，而Ubc為0。

3 預防措施

在帶負荷倒閘操作時，如果真空斷路器發生滅弧室故障，容易導致傷亡事故，危害極大。因此，倒閘操作過程要嚴格執行《電力安全工作規程》的規定：“電氣設備操作后的位置檢查應以設備實際位置為準，無法看到實際位置時，可通過設備機械位置指示、電氣指示、儀表及各種遙測、遙信信號的變化，且至少應有2個及以上指示已同時發生對應變化，才能確認該設備已操作到位”。實際工作中，很多運行人員不檢查遙測、遙信信號變化，只重視檢查機械位置指示是否分開和電流表指示是否有電流，誤以為只要這2個指示符合規程規定，沒有必要再檢查其他信號。如果真空斷路器在運行人員檢查時發生爆炸，會嚴重危及人身安全，因此還應注意以下事項：

(1) 真空斷路器帶負荷分閘操作后，為避免滅弧室爆炸危及人身安全，必須先檢查監控機系統上遙測信號顯示三相線路是否有電流。在確認每相都無電流后，再到現場檢查斷路器本身分閘機械位置指示情況或斷路器柜上表計是否存在電流；如監控機顯示任何一相存在電流，應斷開對側斷路器或直接斷開上一級斷路器。

(2) 母線停電操作后，也必須先檢查監控機顯示的母線相電壓、線電壓情況，再檢查TV柜上電壓表的相電壓、線電壓指示情況。

1 徐國政，張節容，錢家驪，等. 高壓斷路器原理和應用. 北京:清華大學出版社，2000，10.

2 陳化鋼. 電力設備異常運行及事故處理(第一版). 北京: 中國水利水電出版社，1999，01.