產(chǎn)品知識(shí)
一起電容器組真空斷路器爆炸事故分析和預(yù)控
摘 要: 真空斷路器以其優(yōu)越的滅弧性能和免維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)大量運(yùn)用于變電站的 10 kV 電壓等 級(jí)中，它主要起分合線路的負(fù)載電流和切斷故障電流的作用。由于真空斷路器熄滅容性電流 比感性電流要困難得多，因此，電容器組開(kāi)關(guān)因未能滅弧而引發(fā)的爆炸事故時(shí)有發(fā)生。文章通 過(guò)分析一起 10 kV 電容器組開(kāi)關(guān)的爆炸事故，分析其中的原因，并提出相關(guān)預(yù)控措施。
0 引言
東莞是一個(gè)用電基數(shù)大、負(fù)荷增長(zhǎng)快的發(fā)達(dá) 城市，如此大的電能需求，對(duì)變電站的無(wú)功設(shè)備造 成了巨 大 的 壓 力。 為滿足電網(wǎng)無(wú)功不斷變化需 求，電容器需要頻繁地投切，在夏季用電高峰期， 每日投切次數(shù)更高達(dá) 6 次。如此頻繁地操作真空能下降等問(wèn)題，尤其是投運(yùn) 10 年以上的設(shè)備，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成了很大的威脅[1]。
1 事故介紹
2011年5月7日7時(shí)39分，東莞供電局110kV金洲變電站在合4#電容器組527開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)關(guān)立即跳閘，527開(kāi)關(guān)保護(hù)裝置發(fā)"限時(shí)電流速斷保護(hù)動(dòng)作ABC相，Ib=112.95A"信號(hào)，反應(yīng)B相有故障，跳527開(kāi)關(guān)。隨即，次級(jí)502乙開(kāi)關(guān)跳閘，502乙開(kāi)關(guān)保護(hù)裝置發(fā)"IV段復(fù)壓閉鎖過(guò)流保護(hù)動(dòng)作AC相，Ia=35.19A"、"母線保護(hù)動(dòng)作AC相，Ia=35.19A"信號(hào)，反映母差范圍內(nèi)有故障，跳502乙開(kāi)關(guān)。事故造成10kVII乙段母線失壓。隨后，經(jīng)值班員檢查發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)在527開(kāi)關(guān)真空泡處，便迅速隔離527開(kāi)關(guān)，及時(shí)恢復(fù)II乙段母線運(yùn)行。
2事故現(xiàn)場(chǎng)檢查
發(fā)生事故的4#電容器組的開(kāi)關(guān)柜為XGN型，開(kāi)關(guān)型號(hào)ZN28—10Q，搭配CT19操作機(jī)構(gòu)，1998年6月投運(yùn)至今。對(duì)故障現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查和分析，發(fā)現(xiàn):
1)真空斷路器上支架有明顯的三相短路痕跡，各相的真空泡外壁都有不同程度的損傷，其中A、C相爆裂，B相有裂紋如圖1所示。
2) 拆下開(kāi)關(guān)連接母排后發(fā)現(xiàn)，真空泡上支架接線面處三相都有明顯的灼傷痕跡，而下接觸面完好，如圖2 所示。由此可見(jiàn)，短路點(diǎn)在真空泡上支架連線處，短路時(shí)開(kāi)關(guān)已跳閘，巨大的短路電流只灼傷了上支架接觸面。
3) 敲碎真空泡的外壁進(jìn)行內(nèi)部檢查，發(fā)現(xiàn)C相內(nèi)部的觸頭、真空罩燒傷嚴(yán)重，如圖3 所示。而A、B 相完好。由此可知，C 相滅弧室是電弧從里面燒傷的，A、B 相真空泡外壁則是從外部燒傷的。
4) 開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)指示開(kāi)關(guān)在分位，通過(guò)測(cè)量開(kāi)距點(diǎn)、敲碎真空泡觀察觸頭位置( 見(jiàn)圖3) 也證實(shí)開(kāi)關(guān)在分位，由此可知，開(kāi)關(guān)跳閘成功。
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5) 檢查電容器組，發(fā)現(xiàn)B 相B14 的保險(xiǎn)絲熔斷，測(cè)量容值及進(jìn)行耐壓試驗(yàn)均合格。
3 事故原因分析
電容器組在送電時(shí)，因B14 保險(xiǎn)絲熔斷而產(chǎn)生差流，該電容器組采用的差流保護(hù)動(dòng)作，使開(kāi)關(guān)立即跳閘[2]。在分閘的過(guò)程中，C 相真空泡因未能熄滅電弧( 從內(nèi)部嚴(yán)重?zé)齻芍? ，導(dǎo)致滅弧室爆炸，并引起上支架處三相斷路。由故障錄波可知，當(dāng)時(shí)斷路電流為24 kA，巨大的斷路電流導(dǎo)致上支架接觸面灼傷，并從外部燒傷A、B 相真空泡，但未能破壞其內(nèi)部。
可以明確，事故是從C 相真空泡未能有效滅弧開(kāi)始的，且根據(jù)開(kāi)關(guān)在分位可知，真空泡未能熄滅的是跳閘時(shí)的電弧。造成滅弧失敗的可能原因有: ①真空度下降; ②分閘時(shí)觸頭反彈幅值過(guò)大。該開(kāi)關(guān)在2009 年做了耐壓試驗(yàn)并合格，由此可見(jiàn)，觸頭反彈幅值過(guò)大引起的機(jī)率較大。另外，電容器通過(guò)的是容性電流，根據(jù)滅弧的特性，真空開(kāi)關(guān)熄滅容性電流要比感性電流困難許多[3]。
4 預(yù)控措施
本開(kāi)關(guān)從1998 年投運(yùn)至今已有13 年，其間未進(jìn)行過(guò)技改或更新，設(shè)備老化嚴(yán)重，性能下降明顯。因?yàn)殡娙萜魇?0 kV 同類設(shè)備中投切最頻繁、開(kāi)關(guān)分合次數(shù)最多的設(shè)備[4]，且真空泡每次熄滅的容性電流都要比線路的感性電流困難得多。因此，長(zhǎng)年嚴(yán)酷運(yùn)行，在其性能下降后也沒(méi)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，是造成這次事故的原因。為避免同類事故發(fā)生，我們認(rèn)為有必要對(duì)電容器組開(kāi)關(guān)采取以下預(yù)防措施:
1) 針對(duì)電容器開(kāi)關(guān)目前的運(yùn)行狀況，進(jìn)行綜合評(píng)估，尤其是投產(chǎn)超過(guò)一定年限的。真空斷路器正常操作的機(jī)械壽命、電氣壽命都為10 000 次[5]，此電容器開(kāi)關(guān)運(yùn)行13 年，以平均每天操作3 次計(jì)算，分合次數(shù)已達(dá)3 365 13 = 14235 次，遠(yuǎn)超過(guò)了規(guī)定的次數(shù)。另外，目前有很多記數(shù)器已經(jīng)損壞，需要進(jìn)行調(diào)查和處理，以獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，為設(shè)備評(píng)估作參考。
2) 在做機(jī)械特性測(cè)試時(shí)除常規(guī)項(xiàng)目外，還應(yīng)重點(diǎn)包括分閘反彈項(xiàng)目。目前，我們的交接、預(yù)試項(xiàng)目中只有合閘彈跳時(shí)間，沒(méi)有分閘反彈幅值。而根據(jù)DL /T 402—2000《12 kV ～ 40. 5 kV 高壓真空斷路器訂貨技術(shù)條件》中第6. 4. 1 條規(guī)定[6]，"真空斷路器……的機(jī)械特性試驗(yàn)，包括分、合閘時(shí)間、合閘彈跳時(shí)間、分閘反彈幅值……"，按照規(guī)定，不同型號(hào)、不同廠家的真空泡分閘反彈幅值不盡相同，但一般來(lái)說(shuō)幅值應(yīng)不超過(guò)觸頭開(kāi)距的30%[7]。對(duì)電容器組的開(kāi)關(guān)來(lái)說(shuō)，由于真空泡開(kāi)斷的是容性電流，比熄滅一般線路的感性電流要困難得多，如果分閘時(shí)觸頭反彈過(guò)大并超過(guò)規(guī)定值，就會(huì)因?yàn)槔〔粔蚧螂娀≈厝级斐傻臏缁∈。M(jìn)而導(dǎo)致真空泡爆炸[8]，因此我們必須要重視分閘反彈的測(cè)試，確保此項(xiàng)合格。
3) 檢查緩沖器的性能狀況。緩沖器的作用是吸收開(kāi)關(guān)分閘時(shí)過(guò)剩的能量，否則分閘拐臂就會(huì)與機(jī)構(gòu)發(fā)生硬性碰撞，這是導(dǎo)致觸頭反彈的主要原因[9]。由于運(yùn)行的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，且缺乏維護(hù)，部分緩沖器已失效，因此必須要認(rèn)真地檢查與維護(hù)，確保其功效良好。
4) 重視滅弧室的真空度測(cè)試。在南網(wǎng)《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》[10]中第7. 3 條明確規(guī)定，電容器開(kāi)關(guān)滅弧室真空度的測(cè)量周期為3 年一次。雖然目前可通過(guò)耐壓試驗(yàn)來(lái)代替，但耐壓試驗(yàn)只是定性，不能定量反映真空度，即在真空度臨近不合格時(shí)，耐壓試驗(yàn)同樣可以通過(guò)，卻不能反映真空度已臨近不合格這一狀況[11]，此時(shí)，分閘操作如果再誘以觸頭反彈過(guò)大等因素，就會(huì)造成滅弧失敗的事故。
5) 測(cè)量觸頭磨損量，主要針對(duì)電容器開(kāi)關(guān)熄滅容性電流困難、對(duì)觸頭燒損嚴(yán)重、防止開(kāi)關(guān)在合閘狀態(tài)時(shí)觸頭發(fā)熱。
6) 測(cè)量回路電阻值，主要是檢測(cè)動(dòng)靜觸頭的接觸情況。
5 結(jié)語(yǔ)
目前，我們對(duì)電容器組開(kāi)關(guān)的檢修維護(hù)、驗(yàn)收預(yù)試等都保持著與普通線路開(kāi)關(guān)同等的要求，各種相關(guān)規(guī)程上也沒(méi)有加以注析區(qū)別對(duì)待，存在著一定的不合理性。考慮到電容器組在東莞負(fù)荷重區(qū)頻繁投切的工況，結(jié)合真空開(kāi)關(guān)熄滅容性流比感性電流困難的特點(diǎn)，我們提出了一系列針對(duì)電容器組開(kāi)關(guān)故障頻發(fā)的預(yù)控措施，以提高電容器組運(yùn)行的安全可靠性。
參考文獻(xiàn):
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