高壓斷路器U相滅弧室瓷瓶閃絡破損分析與處理

孫國彬，宋繼平

(大唐淮北發電廠，安徽 淮北 235000)

一、引言

2012年某廠值班人員解列單元接線方式的1#發變組，拉開220kV1#主變高壓斷路器，約經過9s多后，1#主變2501高壓斷路器誤上電保護、閃絡保護動作，事故后檢查發現高壓斷路器U相滅弧室瓷瓶閃絡破裂，事故放電2次，致220kV正、副母線上所有高壓斷路器跳閘。經過事故錄波圖進行分析認為：絕緣子表面積聚污穢，引起外瓷套絕緣降低，設備解列后，機組沒有同步滅磁，致使高壓斷路器U相斷口電壓超過了當時情況下滅弧室外瓷套的絕緣耐壓承受能力，引起主變高壓斷路器瓷套外部閃絡。根據事故設備進行分析，提出改進和防范措施，以杜絕同類事故重演。

二、設備介紹

某電廠1#主變2501高壓斷路器系通用電氣阿爾斯通公司制造，FX12型252kV。于1999年6月投入運行，最近一次檢修在2011年10月進行，當時實施了設備清揩、絕緣電阻及接觸電阻測量、斷路器氣體微水試驗以及斷路器機械特性試驗，各項試驗均合格。高壓斷路器故障前SF6壓力正常。

主要設備參數見表1。

表1

三、事故經過及檢查與處理

1.事故經過

2012年8月，某發電廠220kV系統正常運行，1#機組運行于正母線、2#啟動變、2#機組運行于副母線，220kV母聯運行。21時，蘇南沿海受臺風影響，該電廠應省調令1#機組調停。運行人員以手動方式解列單元接線方式的1#發變組，拉開1#主變2501高壓斷路器，約經過9s多時間后，1#主變2501高壓斷路器誤上電保護、閃絡保護動作，1#主變2501高壓斷路器U相滅弧室瓷瓶閃絡破裂，事故放電2次， 220kV正母線差動保護動作，相繼致220kV正、副母線上所有高壓斷路器跳閘，經過運行人員緊急處置，1#機組安全停機。

事故后，對1#主變2501高壓斷路器U相及其周圍設備檢查后，發現以下設備損壞：

(1)斷路器U相滅弧室瓷瓶破裂(圖1)，1#主變2501高壓斷路器V相電流互感器TA瓷瓶在2501高壓斷路器U相滅弧室破裂時受碎片撞擊部分損壞(圖2)。

(2)事故高壓斷路器220kV250146接地閘刀W相支柱瓷瓶、相近與相臨間隔線路的閘刀支柱瓷瓶、事故高壓斷路器220kV 25011正母線閘刀部分瓷瓶受碎片撞擊損壞。

圖1 事故高壓斷路器U相

圖2 事故高壓斷路器V相TA

2.事故處理

事故后，迅速更換了損壞的瓷瓶、事故高壓斷路器的220kV 25011正母線閘刀部分損壞的絕緣子，并進行高壓預防性試驗和閘刀調試。停役線路逐一復役。

對1#主變進行色譜、介損、直流電阻、繞組變形等試驗，1#發電機進行直流電阻、絕緣電阻等測試，試驗結果均合格。1#主變2501斷路器 V相電流互感器TA更換及試驗，合格。

8月14日，1#機組啟動，進行發變組系統零起升壓和主變差動保護等帶負荷試驗，試驗合格后于7時53分投入正常運行。目前220kV升壓站、1#發變組系統各運行參數正常。

四、事故設備損壞原因分析

1.斷路器滅弧室瓷瓶破裂解體檢查情況

在現場對2501斷路器U相進行解體檢查，開關內部沒有放電和灼傷的痕跡，斷路器的絕緣拉桿沒有機械損傷，因此基本排除開關內部閃絡造成開關損壞。檢查發現開關的外部上樁頭和下樁頭法蘭處有嚴重的灼傷痕跡，同時調閱當時220kV升壓站視頻回放，發現故障時發生2次弧光閃絡，由此可推斷本次故障由外部閃絡引起。

2.2次弧光閃絡原因分析

1#發電機組手動解列后，滅磁開關還未拉開，發電機組勵磁正常，主變高壓側仍為運行電壓，故障瞬間發電機電勢和系統電勢基本反向，發電機U相電壓14.25kV(經主變壓器升壓后為168kV)，220kV正母線U相電壓-189.07kV，主變高壓斷路器U相斷口承受357kV電壓。因高溫潮濕的天氣下瓷套表面的臟污等因素等，引起外瓷套絕緣降低，主變高壓斷路器U相斷口電壓超過了當時情況下滅弧室外瓷套的絕緣耐壓承受能力，引起主變高壓斷路器瓷套外部閃絡。發變組誤上電保護動作，跳開了滅磁開關，同時啟動母差失靈，經0.3s延時后跳開母聯斷路器，隨后故障電流變小，誤上電保護返回(從誤上電保護動作至返回共460ms)。間隔約50ms后，故障電流再次逐漸增大，經過414ms后，誤上電保護再次動作，啟動母差失靈，經過631ms延時后，跳開了正母線上所有開關。兩次閃絡故障持續約1.74s，因閃絡電流持續時間比較長，U相滅弧室瓷瓶局部過熱產生裂紋從而發生了破裂。

3.分析故障錄波圖及保護動作情況

當日22:42，1#發電機U、W相電流以及主變高壓側U相電流等開始逐步增大；在此之前的發電機及主變高壓側三相電流均為零值，說明機組解列后主變220kV斷路器三相均在斷開位置。

22:42:50:649，電流達到穩態最高值，故障錄波器啟動，歷時19ms。

231.8ms后，1#發變組保護的誤上電保護經200ms延時出口，動作于發變組保護全停出口，同時啟動斷路器失靈保護。誤上電出口125ms后，滅磁開關跳閘；誤上電出口325ms后，220kV母聯斷路器跳閘。

根據錄波波形圖顯示，220kV母聯斷路器跳閘后，因故障電流變小，誤上電保護在動作出口460ms后，保護返回。斷路器失靈保護整定為0.3s跳母聯斷路器，0.6s啟動母差出口跳220kV正母線上所有斷路器，所以220kV正母線上母聯斷路器跳閘后，誤上電保護返回，其它斷路器未跳閘。

22:42:51:756，第2次閃絡，因故障電流再次逐漸增大，誤上電保護第二次動作，經630ms后，220kV正母線上所有斷路器均跳閘。1#主變高壓側電流迅速減小。

從保護配置以及動作邏輯分析，1#主變2501斷路器U相在發生外部閃絡事故后，誤上電保護、母差失靈保護相繼動作切除事故電流的過程符合事故發生的變化過程。

4.引發閃絡的環境因素

該發電廠220kV升壓站雖為戶內型，也在高壓設備檢修時對設備外絕緣進行清掃，站內設備長期運行后，其表面積聚的污穢無法像戶外設備那樣通過雨水沖刷自潔。在夏季高溫高濕度等運行環境下，各設備瓷瓶表面的臟污導致外絕緣性能下降，220kV升壓站內能聽到較明顯的放電聲音。外絕緣性能下降后，在主變斷路器操作時易發生斷口間電壓超過開關滅弧室外瓷套絕緣承受能力的極端情況。

五、防范措施

(1)提高電氣設備外絕緣水平，在瓷瓶上噴涂RTV或PRTV涂料等。

(2)每年停電清掃1次，每年3月份雨水季節前，對220kV升壓站內設備瓷瓶進行帶電清洗。

(3)盡量降低斷路器斷口間承受因發電機和系統電勢反向而產生過電壓的概率，機組解列時采用主變斷路器和滅磁開關連鎖同時全停方式，并網前縮短升壓后并網時間。

(4)斷路器正常操作時，開關周圍不得有人員，防止瓷瓶爆裂傷人。