一起斷路器彈跳過電壓引起電抗器故障的分析

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(廣東電網公司東莞供電局，廣東 東莞 523000)

1 引言

串聯電抗器與并聯電容器串聯在無功補償回路中，通過真空斷路器投入，可以抑制諧波電壓放大，減少系統電壓波形畸變，避免電容器受損，同時限制并聯電容器的合閘涌流以滿足電容器標準的要求。樹脂澆注干式鐵芯串聯電抗器因其損耗低、體積小、便于安裝、使用壽命長等特點在我局范圍內得到廣泛的使用。隨著運行時間的增加，真空斷路器多次合閘產生的過電壓不斷對電抗器造成不同程度的沖擊，由于缺乏對電抗器可行的檢測手段，無法發現電抗器潛在的缺陷隱患。本文從110kV某電站10kV電容器組串聯電抗器著火故障著手，通過檢修、繼保和試驗專業的故障分析來闡述真空斷路器合閘彈跳產生的過電壓是造成電抗器出現故障的主要原因，并提出相應的防范措施和運維策略。

2 設備故障情況

2013年08月28日值班員遠控110kV某變電站10kV 2#電容器517開關由熱備用轉運行17min后，于19時11分，集控中心后臺監控機報2#電容器517開關位置由合位變為分位、2#電容器啟動元件動作、2#電容器事故總信號。運行人員現場檢查發現2#電容器串聯電抗器著火焚燒，立刻啟動消防系統進行滅火并匯報分部，各專業相關技術人員很快到達現場進行檢查處理。現場檢查發現電抗器A相上部燒毀嚴重，并有放電痕跡，B相也存在不同程度的燒傷痕跡。該電抗器產品于2003年11月投入系統運行，至今運行達10年，故障前10kV 2#電容器組517開關掛10kV 1M正常運行，10kV系統經消弧接地，并正常投入運行。

3 現場檢查情況

(1)檢修專業檢查情況

①測溫。檢修人員到達現場立刻對故障電抗器進行紅外成像測溫，詳見圖1。測溫結果顯示故障電抗器A相上部硅鋼片鐵芯處溫度達117℃，環氧樹脂澆注部分達80多攝氏度。

②整體外觀檢查。故障電抗器外觀燒損情況如圖2所示，在高溫燃燒下，串聯電抗器A相上部已嚴重燒毀，環氧樹脂澆注的上部也呈燒焦狀，絕緣夾件燃燒至脫落，同時，由于設備著火，引起電抗器的上部絕緣瓷瓶高溫燒傷。

圖1 測溫圖譜

圖2 故障電抗器A相損毀情況

③串聯電抗器繞組及鐵芯檢查。如圖3所示，對2#電容器組串聯電抗器A相的上部燒毀部分進行仔細檢查，可以看見其繞組間絕緣已嚴重擊穿，引起匝間短路故障，在高溫下從里到外嚴重燒毀及融化。

圖3 故障電抗器繞組匝間短路及燒毀情況

④對地放電點檢查。由于2#電容器組電抗器故障時經消弧選線裝置選線跳開517開關，針對保護動作情況，現場檢查串聯電抗器是否存在對地放電點，因此對2#電容器組串聯電抗器各部位進行檢查，發現A、C相只有輕微的對地放電痕跡，說明該串聯電抗器未發生完全接地情況。

⑤故障電抗器B、C相受損情況檢查。如圖4所示，由于該串聯電抗器發生高溫燃燒的故障，導致電抗器B相靠近A相側也存在明顯的燒傷痕跡，C相雖無明顯燒傷狀，但外表也受到濃煙熏黑的情況。

圖4 故障電抗器受損情況

3 繼保專業檢查情況

(1)保護動作情況檢查。現場檢查消弧選線裝置動作正確，2#電容器517開關保護只有啟動，加入模擬量對不平衡電壓功能進行檢查，保護動作、傳動開關均正確。

(2)保護定值、相關開入量、壓板投退情況檢查。2#電容器保護定值按“07-500-00”定值單執行；過流I段：2.2/1320A，時間0.2s，過流II段：0.8/480A，時間0.5s；投不平衡電壓保護，定值13.5V，時間0.2s。

(3)后臺監控后臺報文檢查。2013年8月28日 18時54分37秒，2#電容器517開關由熱備用轉運行，2#電容器正常投入使用。2013年8月28日 19時11分23秒，2#電容器投入17min后，監控后臺機報2#電容器517開關位置由合位變為分位(517開關跳閘)、2#電容器啟動元件動作、2#電容器事故總信號，后臺報文信息與開關實際投退情況一致。

4 試驗專業現場檢查情況

針對設備發生的故障，試驗專業人員對2#電容器組進行全面的試驗檢查，包括對電抗器、放電線圈、避雷器、電纜及真空斷路器進行絕緣測試、耐壓測試等各種專業試驗，結果顯示故障電抗器A相繞組及鐵芯對地絕緣為0，A相繞組直阻不及格，另外2#電容器組517開關經多臺儀器反復測試，回路電阻測試和機械特性測試均不及格，詳細試驗數據如下表所示。

表1 電抗器試驗

表2 斷路器回路電阻測試

表3 斷路器機械特性測試

從上表的試驗數據可以看出，電抗器A相繞組直阻為215.2μΩ，較正常直阻增大約30倍。2#電容器組517開關A相回路電阻為117μΩ，遠大于設備廠家不大于40μΩ的標準。斷路器機械特性測試結果A相合閘出現彈跳，為105ms，分閘不同期為5ms，均超出廠家斷路器合閘彈跳不大于2ms，分閘不同期不大于2ms的規定。

5 原因分析

現場檢查人員在進行2#電容器組串聯電抗器故障現場檢查時，沒有發現異物或易燃物品，設備在投入運行17min后保護跳閘動作，并在跳閘前已引發著火故障，初步判斷設備的故障原因是2#電容器組517開關合閘發生彈跳引起的過電壓使串聯電抗器A相繞組發生絕緣擊穿，造成匝間短路，短路繞組嚴重發熱繼而引起設備著火。真空斷路器合閘彈跳是指斷路器的動觸頭與靜觸頭接觸后被反作用力推開，然后再接觸又被推開的現象。這個過程中觸頭分開的距離不大，斷口的電弧發生重燃、截流現象，回路中產生高頻的電磁振蕩，產生過電壓。

檢修人員對2#電容器組517開關外觀進行仔細檢查，發現開關A相拐臂與真空泡導電夾上端傳動桿的連接銷釘已經脫落，如圖所示。

隨著斷路器動作次數的增加，拐臂與傳動桿多次運動，分合閘期間觸頭碰撞引起的震動使連接銷釘與銷孔之間出現松動，最終導致連接銷釘的脫落。

斷路器正常狀態下，斷路器合閘后，機構的輸出桿壓緊觸頭壓力彈簧，產生彈性勢能再經拐臂和提升桿將其轉變為壓力傳遞到真空斷路器的動觸頭，使合閘后的真空斷路器動靜觸頭之間存在一定的接觸壓力，以保證觸頭緊密可靠的接觸。分閘時通過銷釘與導電夾上端傳動桿的卡死而帶動斷路器進行分閘，不再僅依靠拐臂頂起提升桿的凸起部位帶動斷路器進行分閘，觸頭壓力彈簧形成彈性勢能起到良好作用。

1-開距調整墊片；2-觸頭壓力彈簧；3-彈簧座；4-接觸行程調整螺栓；5-拐臂；6-導向板；7-導電夾緊固螺栓；8-動支架；9-螺栓；10-真空滅弧室；11-真空滅弧室固定螺栓；12-絕緣子；13-絕緣子固定螺栓；14-靜支架；15-輸出桿

圖5 機構結構圖

開關拐臂與真空泡導電夾傳動桿處缺少連接銷釘，在分、合閘后拐臂不能與導電夾上端提升桿卡死。合閘后導電夾上端提升桿處的可活動位移較多，并且缺少了壓力彈簧的作用力，觸頭接觸時不能利用彈簧力緩沖，導致斷路器合閘出現彈跳現象。根據2#電容器組517開關機械特性測試結果，A相合閘彈跳時間為105.4ms，且多達10次，大大超出了廠家合閘彈跳不大于2 ms的規定；在分閘過程中，由于僅依靠拐臂頂起提升桿的凸起部位帶動斷路器進行分閘，在分閘過程中也存在著發生彈跳的可能，因此分閘彈跳為0.6ms(1次)。多次的彈跳過程中，斷路器斷口不斷發生電弧重燃、截流現象，產生的過電壓多次沖擊串聯電抗器，最終導致故障的發生。

拐臂情況 拐臂情況

6 缺陷處理情況

(1)電抗器處理：故障串聯電抗器已嚴重燒毀，不能修復，必須更換新的電抗器。新電抗器應選取質量好、可靠性高的廠家和型號，對新設備的驗收需嚴格把關，按試驗規程做好絕緣、直阻、耐壓等試驗。

(2)真空斷路器處理：復裝A相拐臂與真空泡導電夾上端傳動桿的連接銷釘，如圖8所示。復裝后對斷路器進行手動和遠控分合閘，進行開距、接觸行程測量，機械特性測試和回路電阻測試。測試結果如表所示。

圖8 A相連接銷釘復裝

表4 復裝后開距及接觸行程測量

測量項目ABC標準開距(mm)8.407.908.408±1接觸行程(mm)3.63.94.204±1

表5 復裝后機械特性測試

表6 復裝后回路電阻測試

從試驗數據可以看出，連接銷釘復裝后，斷路器開距、接觸行程均符合標準，合閘彈跳時間和分合閘同期均少于2ms，且彈跳次數為0。回路電阻測試數據均小于40μΩ，符合廠家規定標準。

7 防范措施

(1)變電站新建工程應選擇可靠性高、質量好、口碑好的生產廠家，在設備出廠監造和驗收方面應嚴格把關，杜絕質量不過關的設備進入系統。結合廠家探討增強電抗器匝間絕緣的方法,同時加強對電抗器匝間絕緣的檢測和試驗。

(2)由于10kV樹脂澆注鐵芯串聯電抗器普遍性存在發熱的安全隱患，導致線圈絕緣性能下降，針對存在問題對10kV樹脂澆注鐵芯串聯電抗器運行狀況進行統計分析，特別是設備的運行年限、設備的缺陷及設備的維護情況，并制定專項工作計劃，對設備進行停電檢查維護，重點對設備進行清潔檢查，檢查鐵芯夾件、樹脂澆注部位等是否有裂紋或對地放電痕跡等安全隱患，確保設備能安全可靠運行。

(3)運行人員加強對設備的巡視。每年迎峰度夏期間，在電容器組第一次投入運行后60～120min對設備進行一次紅外測溫，檢查設備的運行健康狀況是否良好。并且每年對串聯電抗器進行一次清潔維護，保證設備不因器身積灰臟污而降低其絕緣水平，同時保

證電容器室的通風散熱條件完好，為設備營造良好的散熱條件。

(4)對10kV真空斷路器開展專項檢查。結合停電計劃對電容器組真空斷路器進行維護和消缺，保證設備處于良好的運行狀態。重視真空斷路器的機械特性測試和回路電阻測試，對測試不及格的設備及時匯報，并組織檢修人員進行處理。針對斷路器的連接銷釘進行專項檢查，防止由于銷釘的缺失，使斷路器在合閘時發生彈跳而產生過電壓，造成設備故障。

7 結語

真空斷路器合閘彈跳是產生過電壓的主要原因。本次電抗器故障除卻設備自身設計不合理使線圈匝間絕緣下降的原因外，斷路器合閘彈跳過電壓對電抗器造成沖擊是故障的首要原因。運行人員對設備加強巡視之外，檢修人員也要結合停電機會，對設備做好維護檢修工作，及時發現隱患并消除，防患于未然，確保電網的安全可靠運行。

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