一起斷路器擊穿短路事故分析

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(1.嘉興電力局,浙江 嘉興 314201；2.晉城供電公司,山西 晉城 048000)

一起斷路器擊穿短路事故分析

王勇,王晉

(1.嘉興電力局,浙江 嘉興 314201；2.晉城供電公司,山西 晉城 048000)

并聯電容器是電網運行中重要設備，它給電網注入無功功率，保證電壓的穩定。為提高電網功率因數，快速的改善電壓質量，電容器的自動投切控制器可以根據電網及時功率因素來決定投切電容器，但是快速頻繁投切電容器會造成斷路器的斷口電壓過高，擊穿斷路器的絕緣，引起接地短路，通過分析一次斷路器接地事故，對今后的變電站工作具有指導作用。

并聯電容器；無功功率；斷路器；過電壓

1 引言

對電力電容器的投切實現自動控制，就是對變電站的并聯電容器組進行電壓及無功補償的實時自動調節，使變電站側的負荷側的母線電壓維持在規定的水平范圍內，盡可能實現無功功率的接地平衡，減少遠距離輸電的電能損耗，這就根據負荷的緩慢變化引起節點電壓無功功率發生變化的運行工況，實現自動優化調控。但是短時的、頻繁的投切電容器會造成過壓損壞斷路器或者電容器。

2 合閘過電壓

電力系統已廣泛采用并聯電容器進行無功補償。并聯電容器在電力系統中是操作最頻繁的裝置，每天操作次數多達數次甚至數十次，由于自身的電路特性，操作過程可以伴隨有高幅值的過電流(如合閘涌流)或過電壓(如分閘時易產生開關設備重擊穿過電壓)。

并聯電容器的合閘過程的非正常狀態，就是指電容器在合閘之前已經帶有一定的負荷，即電容器的初始條件非零時的合閘過程，此條件下的合閘過程可能出現更高的幅值過電壓，對電容器組及配套設備造成相當大的危害。

我們假定電容器組帶有一定的初始電壓，可以得到合閘時電容器組的電壓為：

uc(t)=Um-(Um-U0)e-δtcos(ω0t)

這里只討論電壓的幅值，略去衰減的影響，則有：

uc(t)=Um-(Um-U0)cos(ω0t)

同樣，當ω0t=π時，有過電壓最大值為：

uc=Um+(Um-U0)=2Um-U0

式中:Um—為合閘時電源電壓值(kV);U0—為合閘時電容器的電壓初始值(kV)。

圖1 電容器組合閘與電源

圖2 合閘彈跳時引起的電容器過電壓

此外，斷路器設備合閘時發生彈跳也會出現過電壓的情況，一般情況下，真空斷路器在發生彈跳時引起的過電壓，這與真空設備的性能和結構有關，真空設備通常采用平板對接式觸頭形式，合閘時動靜觸頭容易產生彈跳，在電容器組電壓將維持在高于合閘瞬間時電源電壓某個值U0，當動觸頭反彈結束后再次合上時，如果此時電源電壓已經過零達到下一個半波的某個瞬時值，就相當于上述的電源反向對電容器組充電的過程產生一個暫態過電壓，由于彈跳時機械運動過程，較合閘時的暫態分量的頻率要慢的多，彈跳時間過長時，會產生足夠危險過電壓，同時還會伴隨出現較正常合閘時更高的涌流，真空斷路器合閘彈跳引起的電容器過電壓過程如圖2所示 。

3 事故分析

2011年12月17日某220kV變電站220kV、110kV系統并列運行，35kV電容器347(Ⅱ段母線所帶)、351(Ⅲ段母線帶)斷路器在運行位置，其它電容器均在分位，分段350在分位。12時54分51秒，自動控制無功補償裝置在切35kV電容器351在分閘過程中，350斷路器發生兩相斷路， 80ms后35kVⅡ段母線側發生BC相短路，150ms后發展為三相短路，3號主變RCS-978保護低壓側過流Ⅰ段1時限跳35kV分段370斷路器動作，過流Ⅰ段2時限跳主變35kV 302斷路器動作。

通過分析認為直接原因為：35kV Ⅲ段母線上的電容器351在自動切除過程中，電弧重燃產生過電壓，過電壓的行波沿35kVⅢ段母線行至35kV分段370斷路器斷口處，發生B、C相短路，之后發展為三相短路，由于產生的過電壓與370斷路器真空泡斷口處的35kVⅡ段母線電壓產生電壓差，370斷路器真空泡斷口內發生放電，絕緣擊穿，導致35kV分段370斷路器兩側發生短路故障。圖3為350斷路器端口觸頭燒傷照片，圖4為斷路器整體熏黑，滅弧室上下瓷套破損，三相斷口上下螺栓均燒損痕跡照片，從圖4中可以看出，發生過電壓時候造成的對斷路器的傷害嚴重程度。

圖3 斷路器端口觸頭圖片

圖4 為斷路器整體圖片

4 預防措施

對發生的斷路器擊穿事故，對今后工作采取以下措施：

(1)熱備用狀態分段開關柜轉為冷備用狀態，通過隔離開關的間距可有效降低放電的幾率；

(2)考慮對電容器切合時產生的過電壓現象對設備的影響，將35kV分段斷路器的運行方式置于冷備用狀態；

(3)在35kV分段370開關柜斷路器兩側加裝避雷器或過電壓吸收器，消除過電壓對斷路器兩側的危害；

(4)自動無功控制器投切電容器的時間要調整，避免出現過電壓疊加的現象；

(5)對新投產驗收電容器間隔的真空斷路器做彈跳時間交接試驗，一旦發現斷路器彈跳過大，應及時調整；

(6)如果選用真空斷路器，則出廠前進行高壓大電流老煉處理，并提供實驗報告；

(7)把好新設備的驗收關，特別是一次設備真空斷路器要求高抗電壓和大的短路電流能力。

5 結論

對于電容器在實際運行過程中，通過做好電力電容器的斷路器投運前投切試驗、一次接線和保護方式的選型，電容器側投切時的電壓監測，投切時避免高的過電壓對一次設備帶來的損壞，保證電網的可靠運行。

[1] 電力行業電力電容器標準化技術委員會.并聯電容器裝置技術及應用[M].中國電力出版社,2011.

[2] 國家電力調度中心.國家電網公司繼電保護培訓教材[M].北京：中國電力出版社,2009.

[3] 賀家李.電力系統繼電保護原理[M].北京:水利電力出版社,1991.

[4] 田有元.高壓并聯電容器的操作過電壓問題[M].東北電力技術，1995(2)：1-6.

[5] 國家電網公司運維檢修部.國家電網公司十八項重大反事故措施(修訂版)[M].北京:中國電力出版社,2012.

2013-08-22

王勇(1979-)，男，本科，工程師，華北電力大學在讀碩士研究生，主要從事電力系統生產管理工作;

王晉(1977-)，男，工學碩士，工程師，從事電力系統檢修和維護工作。

TheFaultAnalysisoftheBreakdownoftheCircuitBreaker

WANGYong,WANGJin

(1.Jiaxing Power Bureau,Jiaxing 344201,China;2.Jincheng Power Supply Company,Jincheng 048000,China)

The shunt capactor is an important equipment in Electric power network running.It injects reactive power for the network,making the voltage stable.To increase the network power factor and improve voltage quality quickly,the acutomatic switching device of the capactor can determine the switching capactor according to time power factor of the network,but change the capator quickly and frequenctly,it can make fracture voltage of the circuit breaker too high,breaking down the circuit hreaker insulation and leading to earthing short-circuit.By analyzing the circuit breaker earth fault,it will be useful for the substation in the future.

shunt capactor; reactive power;circuit breaker;overvoltage

1004-289X(2013)06-0087-03

TM53

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