真空断路器故障引起母线带电原因分析

付克勤

（璧山供电局，重庆 璧山 402760）

某110kV变电站于2007-07-05投运，10kV系统采用ZN65A-12型真空断路器。2007-09-06，真空断路器曾发生灭弧室漏气导致真空度消失故障，但由于10kVⅡ段母线未带负荷，且值班员严格执行了《电力安全工作规程》的规定，避免了事故发生。

1 故障情况

该新建110kV无人值班变电站主接线如图1所示。10kV出线暂时无负荷，2台主变空载运行，即所有10kV出线和分段620断路器、6201，6202刀闸，1号主变601和2号主变602真空断路器处于冷备用。

图1 110kV某变电站10kV侧主接线示意

2007-09-06，对10kVⅠ段和Ⅱ段母线的电压互感器(TV)之间进行核相，合上601，602断路器，以及6011，6014，6022和6024号刀闸(620号断路器处于分段状态)，此时10kVⅡ段母线A，B，C三相相电压分别为5.9kV，5.9kV，6kV。核相后，值班员在对10kVⅡ段母线进行停电操作，断开2号主变602断路器，检查断路器机械指示处于分闸位置后，发现主控制室监控机显示10kVⅡ段母线A，B，C三相相电压分别为5.4kV，4.5kV，4.5kV，线电压Uab为0.9kV(监控机只显示Uab而不显示Ubc，Uca)。核对10kVⅡ段母线TV柜上电压表显示三相相电压一致，而线电压Uab，Uca接近1kV，Ubc指示为0。再次检查602和分段620断路器机械指示显示仍为分闸位置。于是初步判断可能是10kVⅠ段母线电压通过并联母线TV感应到Ⅱ段母线上。但是断开601断路器后，监控机和10kVⅠ段母线TV柜上电压表显示Ⅰ段母线线电压和相电压全为0，而Ⅱ段母线的线电压和相电压没有变化。因此，可以排除Ⅰ段母线电压对II段母线的影响。

由于10kVⅡ段母线无负荷，直接断开6024刀闸后，线电压和相电压全部消失。这说明10kVⅡ段母线上存在电压的原因是602真空断路器存在故障，分闸后仍处于“导通”状态，使2号主变低压侧电压通过断路器本体导电形成回路。

随后，对602真空断路器进行试验检查。首先用万用表电阻档测量分闸状态，动静触头间不导通，说明断路器已正常断开。然后，用SI-5001型兆欧表2500V档测602真空断路器三相灭弧室断口间绝缘电阻，测B、C两相时，兆欧表处于满量程100000+，加在灭弧室断口上的实际电压接近测试电压2500V，因此可以判定断路器B，C相灭弧室完好；测得A相灭弧室断口绝缘电阻仅0.06MΩ，加在灭弧室断口上的实际电压为247V，远远低于测试电压2500V。为了排除灭弧室外壳表面受潮、脏污等因素影响，先用无水酒精擦洗，再采用屏蔽法进行测量，结果完全相同。可以判定A相灭弧室存在故障，且其动静触头已断开。

其次，对断路器三相分别进行交流耐压试验。B，C两相能通过42kV，1min的交流耐压试验，可以判定断路器B，C相灭弧室完好。而对A相进行交流耐压试验时，试验电压升至12kV时，真空灭弧室就发生击穿，说明A相灭弧室内部存在故障。最后，用手轻轻拉动其动触头能自由滑动，表明灭弧室已漏气，室内外压力相同。因为完好的灭弧室内是负压，手向外拉动触头时不能自由滑动，欲使其滑动要用特别大的力。因此，可判断A相灭弧室本身出现漏气点，导致其内部真空度消失，动静触头断口间全靠空气绝缘；由于其开距短，约为10mm，所以绝缘电阻值下降特别快。

2 10kVⅡ段母线带电原因分析

真空断路器A相灭弧室漏气后，2号主变10kV侧电压通过断路器动、静触头产生了静电感应电压。在断路器分闸后，动触头处于带电状态，其周围有强烈的磁场；静触头对地呈绝缘状态，相当于对地存在分布电容。理想情况下，系统中性点对地电压为0，所以动触头对地存在一个电位差，其幅值等于相电压U，即等于5.9kV。因静触头对地绝缘，其绝缘电阻相当高，那么静触头与动触头之间相当于存在一个等效电容C1，静触头对地之间也存在一个等效电容C2，如图2所示。此时静触头与地之间产生一个电位差UC2，这个电位差就是感应电压，幅值为：UC2=UC1/(C1+C2)。

图2 等值电路示意

由于C2远远小于C1，所以静触头上感应电压UC2接近但小于动触头上电压5.9kV。

从上述分析可知，由于静电感应使灭弧室断口两侧都存在电压，相当于断路器未断开，处于“导通”状态，导致10kVⅡ段母线A相也有电压，其值Ua等于静电感应电压UC2，监控机上显示其值为5.4kV。由于10kVⅡ段母线所用TV一次绕组采用“四星形”接线方式，A相母线感应电压Ua会加在A相TV和零序TV的一次绕组串联电路上。一般情况下，零序TV阻抗远远大于A，B，C三相TV的阻抗值，所以零序TV一次绕组承担较大部分电压UN。从前面分析可知，真空断路器B，C相已完全断开，B，C相母线电压就是零序TV上的电压，即监控机和Ⅱ段母线TV柜上电压表显示的相电压Ub，Uc为 4.5kV，实际上就是零序TV电压UN。因此，B，C相母线上电压大小相等、相位相同，而A相与B，C相电压大小不同但相位相同，所以Ⅱ段母线TV柜上电压表显示Uab、Uca接近1kV，而Ubc为0。

3 预防措施

在带负荷倒闸操作时，如果真空断路器发生灭弧室故障，容易导致伤亡事故，危害极大。因此，倒闸操作过程要严格执行《电力安全工作规程》的规定：“电气设备操作后的位置检查应以设备实际位置为准，无法看到实际位置时，可通过设备机械位置指示、电气指示、仪表及各种遥测、遥信信号的变化，且至少应有2个及以上指示已同时发生对应变化，才能确认该设备已操作到位”。实际工作中，很多运行人员不检查遥测、遥信信号变化，只重视检查机械位置指示是否分开和电流表指示是否有电流，误以为只要这2个指示符合规程规定，没有必要再检查其他信号。如果真空断路器在运行人员检查时发生爆炸，会严重危及人身安全，因此还应注意以下事项：

(1) 真空断路器带负荷分闸操作后，为避免灭弧室爆炸危及人身安全，必须先检查监控机系统上遥测信号显示三相线路是否有电流。在确认每相都无电流后，再到现场检查断路器本身分闸机械位置指示情况或断路器柜上表计是否存在电流；如监控机显示任何一相存在电流，应断开对侧断路器或直接断开上一级断路器。

(2) 母线停电操作后，也必须先检查监控机显示的母线相电压、线电压情况，再检查TV柜上电压表的相电压、线电压指示情况。

1 徐国政，张节容，钱家骊，等. 高压断路器原理和应用. 北京:清华大学出版社，2000，10.

2 陈化钢. 电力设备异常运行及事故处理(第一版). 北京: 中国水利水电出版社，1999，01.