110 kV SF6断路器爆炸故障分析

2019-05-25张云程志万彭晶孙傲阳罗洪宏

云南电力技术 2019年2期

张云，程志万，彭晶，孙傲阳，罗洪宏

（1. 云南电网有限责任公司玉溪供电局，云南玉溪 653100；2. 云南电网有限责任公司电力科学研究院，昆明 650217；3. 云南电网有限责任公司楚雄供电局，云南楚雄 675000。）

0 前言

高压断路器是电力系统的核心设备，能够关合、承载和开断正常回路下的负荷电流，同时也能够在规定时间内承载和开断异常回路条件下的故障电流的机械开关装置[1]，主要起到控制和保护两方面的作用，其中控制作用表现在它能够根据电网运行方式需要，灵活投入或退出部分电力线路或设备；保护作用是指它能够在电网某部分发生故障时，快速将故障部分从电网中切除，从而确保电网其他部分安全运行由此可见，断路器是电力系统安全运行地重要保障[2-3]。国内出现多起SF6断路器爆炸事故[4-8]。以下介绍一起110 kV断路器爆炸的实例分析。

1 故障基本情况

1.1 断路器概况

断路器型号为LW36-126，额定电压126 kV，额定电流3 150 A，额定短路开断电流40 kA，灭弧室额定气压0.6 MPa。该断路器为SF6自能式断路器，采用SF6气体作为灭弧介质和触头断开后的间隙绝缘介质，具有开断能力强，开断迅速，维护工作量小等优点[9-11]。当开断相对较小电流时SF6气体在压气室被压缩，经过容积不变的热膨胀室并沿着电弧流过喷口喉部，此时没有产生足够的气体压力来关闭单向阀，热膨胀室和压气室形成了一个大的压气室，通过机构产生的气吹压力来开断电流。

当开断大的短路电流时，电弧烧蚀喷口管内表面产生PTFE蒸汽[12]。弧柱中释放的热能累积在热膨胀室中，热膨胀室中的气压持续上升直到其能够驱动单向阀到达闭合位置。从喷口喉部打开的时刻起，在机构作用下和/或较小的瞬时电流值下电弧直径减小时，热膨胀室和周围空气间的压力差所产生的气流沿着电弧流过喷口，使电弧在电流零点熄灭。

在合闸时，回气阀打开使SF6气体进入热膨胀室和压气室。[13]

1.2 故障概况

故障前运行方式：35 kVⅠ、Ⅱ段母线正常运行，35 kV 1-1L电抗器314断路器、1-2L电抗器315断路器、1号站用变317断路器处运行状态；35 kV 1-1C电容器组311、1-2C电容器组312、1-3C电容器组313、1-3L电抗器316断路器、2-3L电抗器326断路器处热备用状态；35 kV 318断路器处冷备用状态，如图2所示。

图1 SF6自能式灭弧室

图2 变电站接线图

某500 kV变电站通过AVC自动投切装置投上35 kV 314断路器，后台显示314断路器在合闸状态，随后开关场有爆炸声，314断路器间隔处有浓烟升起并伴随火光。根据故障录波数据显示断路器合闸后1分17秒，断路器A相发生单相接地故障，在断开上级301断路器后故障隔离。

2 设备检查

A相极柱瓷套完全炸碎，极柱内部导电部位烧蚀严重，部分零部件烧熔，部分零部件缺失。经解体检查，发现A相极柱下支撑座内壁及法兰连接面烧蚀严重，将烧蚀部件进行清洁处理后发现，在下支撑座内壁处发现一道从法兰面开始向内延伸的凹陷痕迹，该痕迹深度向内逐渐变深。

在该痕迹区域附近属于断路器绝缘拉杆与操作杆接头处在分合闸操作过程中运动范围。经故障模拟，初步判断凹陷痕迹是由于操作杆与绝缘拉杆金属头连接处轴销端部摩擦造成的。

在受损零部件中，压气缸已断裂，内部动弧触头已烧熔，断裂的压气缸与中间触头相接触。根据该型断路器运动原理在断路器合闸时拐臂旋转拉动绝缘拉杆、操作杆向上运动，并同时带动压气缸、动弧触头、主触头运动到合闸位置，可以将断裂的压气缸与中间触头相接触距离与设计距离比较可得出断路器在操作过程是否合闸到位。

将压气缸从中间触头中拆除可以看到中间触头的触指在压气缸壁上留下明显的痕迹和熔焊点，断路器在合闸位置时压气缸底部至中间触头触指之间距离要求约为14 mm，而A相为44 mm，说明在断路器故障时压气缸未按要求运动到合闸位置，距合闸位置为30 mm，断路器A相合闸不到位。

3 故障分析

3.1 故障原因

综合断路器极柱解体、模拟试验及设备实验室金属检测结果综合分析可得出以下结论：

断路器A相绝缘拉杆与操作杆接头处连接轴销端部的弹簧挡销未安装或安装不到位，造成分合闸过程中轴销移位，故障前断路器合闸时与下支撑座内壁产生摩擦，使得合闸阻力增大，绝缘拉杆移动受阻，产生弯曲变形，最终导致断路器A相合闸不到位。

A相合闸不到时，动、静主触头未接触，动弧触头和静弧触头轻微接触，弧触头间会产生悬浮放电，放电持续发展，动弧触头和静弧触头过热导致弧触头烧熔。

当动弧触头和静弧触头烧蚀到一定程度时，它们之间的距离增大，放电开始转移至动主触头和静主触头及屏蔽罩之间，造成动主触头和静主触头及屏蔽罩烧熔。灭弧室内烧蚀产生大量金属熔液下流，导致绝缘拉杆爬电烧蚀，绝缘拉杆发生贯穿性击穿，断路器A相发生单相接地故障，造成A相本体底部炸裂。最终，由于持续放电产生的压力及热效应，A相灭弧室瓷瓶及支柱瓷瓶发生爆炸。