一起断路器击穿短路事故分析

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(1.嘉兴电力局,浙江 嘉兴 314201；2.晋城供电公司,山西 晋城 048000)

一起断路器击穿短路事故分析

王勇,王晋

(1.嘉兴电力局,浙江 嘉兴 314201；2.晋城供电公司,山西 晋城 048000)

并联电容器是电网运行中重要设备，它给电网注入无功功率，保证电压的稳定。为提高电网功率因数，快速的改善电压质量，电容器的自动投切控制器可以根据电网及时功率因素来决定投切电容器，但是快速频繁投切电容器会造成断路器的断口电压过高，击穿断路器的绝缘，引起接地短路，通过分析一次断路器接地事故，对今后的变电站工作具有指导作用。

并联电容器；无功功率；断路器；过电压

1 引言

对电力电容器的投切实现自动控制，就是对变电站的并联电容器组进行电压及无功补偿的实时自动调节，使变电站侧的负荷侧的母线电压维持在规定的水平范围内，尽可能实现无功功率的接地平衡，减少远距离输电的电能损耗，这就根据负荷的缓慢变化引起节点电压无功功率发生变化的运行工况，实现自动优化调控。但是短时的、频繁的投切电容器会造成过压损坏断路器或者电容器。

2 合闸过电压

电力系统已广泛采用并联电容器进行无功补偿。并联电容器在电力系统中是操作最频繁的装置，每天操作次数多达数次甚至数十次，由于自身的电路特性，操作过程可以伴随有高幅值的过电流(如合闸涌流)或过电压(如分闸时易产生开关设备重击穿过电压)。

并联电容器的合闸过程的非正常状态，就是指电容器在合闸之前已经带有一定的负荷，即电容器的初始条件非零时的合闸过程，此条件下的合闸过程可能出现更高的幅值过电压，对电容器组及配套设备造成相当大的危害。

我们假定电容器组带有一定的初始电压，可以得到合闸时电容器组的电压为：

uc(t)=Um-(Um-U0)e-δtcos(ω0t)

这里只讨论电压的幅值，略去衰减的影响，则有：

uc(t)=Um-(Um-U0)cos(ω0t)

同样，当ω0t=π时，有过电压最大值为：

uc=Um+(Um-U0)=2Um-U0

式中:Um—为合闸时电源电压值(kV);U0—为合闸时电容器的电压初始值(kV)。

图1 电容器组合闸与电源

图2 合闸弹跳时引起的电容器过电压

此外，断路器设备合闸时发生弹跳也会出现过电压的情况，一般情况下，真空断路器在发生弹跳时引起的过电压，这与真空设备的性能和结构有关，真空设备通常采用平板对接式触头形式，合闸时动静触头容易产生弹跳，在电容器组电压将维持在高于合闸瞬间时电源电压某个值U0，当动触头反弹结束后再次合上时，如果此时电源电压已经过零达到下一个半波的某个瞬时值，就相当于上述的电源反向对电容器组充电的过程产生一个暂态过电压，由于弹跳时机械运动过程，较合闸时的暂态分量的频率要慢的多，弹跳时间过长时，会产生足够危险过电压，同时还会伴随出现较正常合闸时更高的涌流，真空断路器合闸弹跳引起的电容器过电压过程如图2所示 。

3 事故分析

2011年12月17日某220kV变电站220kV、110kV系统并列运行，35kV电容器347(Ⅱ段母线所带)、351(Ⅲ段母线带)断路器在运行位置，其它电容器均在分位，分段350在分位。12时54分51秒，自动控制无功补偿装置在切35kV电容器351在分闸过程中，350断路器发生两相断路， 80ms后35kVⅡ段母线侧发生BC相短路，150ms后发展为三相短路，3号主变RCS-978保护低压侧过流Ⅰ段1时限跳35kV分段370断路器动作，过流Ⅰ段2时限跳主变35kV 302断路器动作。

通过分析认为直接原因为：35kV Ⅲ段母线上的电容器351在自动切除过程中，电弧重燃产生过电压，过电压的行波沿35kVⅢ段母线行至35kV分段370断路器断口处，发生B、C相短路，之后发展为三相短路，由于产生的过电压与370断路器真空泡断口处的35kVⅡ段母线电压产生电压差，370断路器真空泡断口内发生放电，绝缘击穿，导致35kV分段370断路器两侧发生短路故障。图3为350断路器端口触头烧伤照片，图4为断路器整体熏黑，灭弧室上下瓷套破损，三相断口上下螺栓均烧损痕迹照片，从图4中可以看出，发生过电压时候造成的对断路器的伤害严重程度。

图3 断路器端口触头图片

图4 为断路器整体图片

4 预防措施

对发生的断路器击穿事故，对今后工作采取以下措施：

(1)热备用状态分段开关柜转为冷备用状态，通过隔离开关的间距可有效降低放电的几率；

(2)考虑对电容器切合时产生的过电压现象对设备的影响，将35kV分段断路器的运行方式置于冷备用状态；

(3)在35kV分段370开关柜断路器两侧加装避雷器或过电压吸收器，消除过电压对断路器两侧的危害；

(4)自动无功控制器投切电容器的时间要调整，避免出现过电压叠加的现象；

(5)对新投产验收电容器间隔的真空断路器做弹跳时间交接试验，一旦发现断路器弹跳过大，应及时调整；

(6)如果选用真空断路器，则出厂前进行高压大电流老炼处理，并提供实验报告；

(7)把好新设备的验收关，特别是一次设备真空断路器要求高抗电压和大的短路电流能力。

5 结论

对于电容器在实际运行过程中，通过做好电力电容器的断路器投运前投切试验、一次接线和保护方式的选型，电容器侧投切时的电压监测，投切时避免高的过电压对一次设备带来的损坏，保证电网的可靠运行。

[1] 电力行业电力电容器标准化技术委员会.并联电容器装置技术及应用[M].中国电力出版社,2011.

[2] 国家电力调度中心.国家电网公司继电保护培训教材[M].北京：中国电力出版社,2009.

[3] 贺家李.电力系统继电保护原理[M].北京:水利电力出版社,1991.

[4] 田有元.高压并联电容器的操作过电压问题[M].东北电力技术，1995(2)：1-6.

[5] 国家电网公司运维检修部.国家电网公司十八项重大反事故措施(修订版)[M].北京:中国电力出版社,2012.

2013-08-22

王勇(1979-)，男，本科，工程师，华北电力大学在读硕士研究生，主要从事电力系统生产管理工作;

王晋(1977-)，男，工学硕士，工程师，从事电力系统检修和维护工作。

TheFaultAnalysisoftheBreakdownoftheCircuitBreaker

WANGYong,WANGJin

(1.Jiaxing Power Bureau,Jiaxing 344201,China;2.Jincheng Power Supply Company,Jincheng 048000,China)

The shunt capactor is an important equipment in Electric power network running.It injects reactive power for the network,making the voltage stable.To increase the network power factor and improve voltage quality quickly,the acutomatic switching device of the capactor can determine the switching capactor according to time power factor of the network,but change the capator quickly and frequenctly,it can make fracture voltage of the circuit breaker too high,breaking down the circuit hreaker insulation and leading to earthing short-circuit.By analyzing the circuit breaker earth fault,it will be useful for the substation in the future.

shunt capactor; reactive power;circuit breaker;overvoltage

1004-289X(2013)06-0087-03

TM53

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