一起中置开关柜带负荷拉闸事故的分析

王和忠, 谢鹏林, 赵建网

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1 事故经过

某变电站发生了一起KYN-28中置开关柜操作事故,根据操作报文、SOS报文、开关控制回路断线报文和现场事故现象,再经事故时间前后顺序排列[1],对事故经过做如下描述。

07:49:05,变电站启动电压无功自动投切装置(VQC)遥信,合4号电容器开关,后台显示开关合闸未成功。

08:00:04,再次启动VQC遥信,合4号电容器开关,后台仍显示开关合闸未成功。4号电容器上报控制回路断线报警,后台显示开关一直在分闸位置,决定将开关由热备用改为冷备用。

11:05:38,运行人员到现场手动操作,当断路器由热备用改为冷备用时,柜内发出放电声响并见弧光。运行人员迅速撤离,之后开关柜发生爆炸燃烧。

11:08:04,4号电容器保护动作,再经过约1 s时间,2号主变后备保护动作。

11:08:44,2号主变跳闸,后备保护将变压器两端断路器跳开,母线失电。

2 现场情况

4号电容器开关柜严重烧损,静触头盒及下活门全部烧毁。断路器严重烧损,断路器上的所有绝缘件,如绝缘拉杆、极柱绝缘筒等全部烧毁,六只梅花触头烧毁,触臂前端已熔化,一只灭弧室动导电杆拉伸运动不顺畅,操动机构严重烧损,已不能够真实体现事故时的实际状态。事故后的现场情况如图1所示。

3 事故分析

从现场看,断路器机构位置指示器显示断路器处于分闸位置,如图2所示。通过与正常断路器对比(图3),位置指示器相差19 mm,正常断路器高度为64 mm,事故断路器高度为45 mm。通过对事故断路器分析,机构烧损后,机构内的塑料弹性元件烧毁,但主轴内的储能弹簧由于有预储能,因此在弹簧力的作用下,即使合分拐臂内的弹性元件已烧损,主轴仍有可能发生旋转,使位置指示器的高度尺寸与正常尺寸有偏差[2-4]。

图2 断路器机构位置指示器

最终故障位置还需对断路器机构进行进一步解剖分析。

现场发现,其中一相真空灭弧室拉伸运动不顺畅,通过分析存在两种可能:一种是由于动导电杆变形,造成运动不畅,需对灭弧室解剖分析后确定原因;另一种是在故障发生时,因短路电流的作用而造成熔焊。

图3 正常断路器位置

在现场对三相真空灭弧室进行拉伸运动,两相运动顺畅,可以判断真空灭弧室均有良好的自闭力,但一相真空灭弧室运动不顺畅,因此可以断定不是由于真空灭弧室熔焊而造成机构合闸不到位。至于运动不顺畅的原因,需要将灭弧室返厂检查确认。

从当日 7:49前后4号电容器的采样电流来看,7:49之前采样电流一直为0,7:50之后采样电流为136 A,电流持续至事故发生。

从电流变化情况和事故发生情况判断,真空灭弧室处于电路合闸位置,但机构未完全固定在合闸位置,即处于操动机构合闸不正常、指示合闸不正常的状态,其原因可能有以下几种:① 主轴上的轴承出现卡滞现象,造成主轴运动不顺畅,合闸运动受阻,操动机构合闸不完全到位;② 连杆轴承卡滞,造成凸轮运动受阻,使操动机构合闸不完全到位;③ 机构上的主轴连杆与传动部分连接销出现卡滞现象,导致合闸运动受阻,操动机构合闸不完全到位[5-6]。

初步判断认为,此台开关柜发生事故时,真空灭弧室处于导通状态,操动机构处于分闸状态或非正常状态。通过以上分析,机构内部卡滞有可能是造成此次事故的原因。下一步将对真空灭弧室进行解剖,并对断路器机构进行进一步解体,以便确认事故原因。

4 返厂解剖

通过对断路器进行解剖分析,确认事故原因。

4.1 操动机构卡滞

断路器处于分合之间,偏向合闸位置,如图4所示。而辅助开关处于分闸位置,如图5所示。从操动机构正面向下看,断路器指示为分闸状态,如图6所示。

图4 断路器位置

根据以上现象推断,机构在合闸过程中出现卡滞,导致能量损失,合闸不能完全到位。对凸轮角度及行程进行测量分析,凸轮转动角度大于105°,此时真空灭弧室动静触头处接通。

通过对正常机构模拟动作分析,并将烧毁机构的凸轮盘与正常机构的凸轮盘对比,判断因止动块轴承卡滞而导致事故的可能性最大。经对轴承解体,发现轴承内部滚针存在变形现象,如图7所示。

图5 辅助开关位置

图6 断路器状态指示

图7 事故轴承

将返厂的另一台同期使用完好的断路器止动块轴承解体,如图8所示,轴承内部滚针良好。

图8 正常轴承

4.2 底盘车连锁失效

从断路器解体结果来看,拔钉位置与翻板止位点不能完全正对,导致底盘车翻板变形,断路器在合闸状态也能够从工作位置摇向试验位置,如图9所示。与同时返厂的另一台同期使用的完好断路器底盘车进行对比,拔钉位置与翻板止位点完全正对,底盘车锁止可靠,如图10所示[8-11]。

图9 事故底盘车

图10 正常底盘车

5 分析结论

由于合闸止动块轴承卡滞,导致合闸未完全到位,操动机构、辅助开关及指示牌均处于分闸位置,但真空灭弧室动、静触头已接触,致使一次回路通流。

断路器操动机构故障,拔钉位置与翻板止位点不能完全正对,导致底盘车翻板变形,底盘车锁止失效,断路器在合闸状态也能够从工作位置摇向试验位置,导致带负荷拉闸。

6 预防措施

更换变电站事故现场的四台电容器柜断路器。对现场的其它断路器进行风险排查,并进行必要的处理。检查止动块轴承转动是否灵活,检查底盘车连锁翻板是否变形,翻板止位点与拔钉是否正对。对在其它变电所使用的同类型断路器做相应检测和风险排查,检查底盘车连锁及止动块轴承。针对底盘车拔钉位置与翻板止位点不能完全正对,导致底盘车翻板变形,底盘车锁止失效的问题,需进行专项整改,更换底盘车翻板构件,增大底盘车翻板构件的厚度,使拔钉位置完全被包含在翻版的厚度中,达到完全锁止的目的[12-13]。

经过风险排查,并更换加厚的底盘车翻板构件,断路器没有再出现相同类型的事故,原来可能存在的事故隐患得到排除。