高压断路器U相灭弧室瓷瓶闪络破损分析与处理

孙国彬，宋继平

(大唐淮北发电厂，安徽 淮北 235000)

一、引言

2012年某厂值班人员解列单元接线方式的1#发变组，拉开220kV1#主变高压断路器，约经过9s多后，1#主变2501高压断路器误上电保护、闪络保护动作，事故后检查发现高压断路器U相灭弧室瓷瓶闪络破裂，事故放电2次，致220kV正、副母线上所有高压断路器跳闸。经过事故录波图进行分析认为：绝缘子表面积聚污秽，引起外瓷套绝缘降低，设备解列后，机组没有同步灭磁，致使高压断路器U相断口电压超过了当时情况下灭弧室外瓷套的绝缘耐压承受能力，引起主变高压断路器瓷套外部闪络。根据事故设备进行分析，提出改进和防范措施，以杜绝同类事故重演。

二、设备介绍

某电厂1#主变2501高压断路器系通用电气阿尔斯通公司制造，FX12型252kV。于1999年6月投入运行，最近一次检修在2011年10月进行，当时实施了设备清揩、绝缘电阻及接触电阻测量、断路器气体微水试验以及断路器机械特性试验，各项试验均合格。高压断路器故障前SF6压力正常。

主要设备参数见表1。

表1

三、事故经过及检查与处理

1.事故经过

2012年8月，某发电厂220kV系统正常运行，1#机组运行于正母线、2#启动变、2#机组运行于副母线，220kV母联运行。21时，苏南沿海受台风影响，该电厂应省调令1#机组调停。运行人员以手动方式解列单元接线方式的1#发变组，拉开1#主变2501高压断路器，约经过9s多时间后，1#主变2501高压断路器误上电保护、闪络保护动作，1#主变2501高压断路器U相灭弧室瓷瓶闪络破裂，事故放电2次， 220kV正母线差动保护动作，相继致220kV正、副母线上所有高压断路器跳闸，经过运行人员紧急处置，1#机组安全停机。

事故后，对1#主变2501高压断路器U相及其周围设备检查后，发现以下设备损坏：

(1)断路器U相灭弧室瓷瓶破裂(图1)，1#主变2501高压断路器V相电流互感器TA瓷瓶在2501高压断路器U相灭弧室破裂时受碎片撞击部分损坏(图2)。

(2)事故高压断路器220kV250146接地闸刀W相支柱瓷瓶、相近与相临间隔线路的闸刀支柱瓷瓶、事故高压断路器220kV 25011正母线闸刀部分瓷瓶受碎片撞击损坏。

图1 事故高压断路器U相

图2 事故高压断路器V相TA

2.事故处理

事故后，迅速更换了损坏的瓷瓶、事故高压断路器的220kV 25011正母线闸刀部分损坏的绝缘子，并进行高压预防性试验和闸刀调试。停役线路逐一复役。

对1#主变进行色谱、介损、直流电阻、绕组变形等试验，1#发电机进行直流电阻、绝缘电阻等测试，试验结果均合格。1#主变2501断路器 V相电流互感器TA更换及试验，合格。

8月14日，1#机组启动，进行发变组系统零起升压和主变差动保护等带负荷试验，试验合格后于7时53分投入正常运行。目前220kV升压站、1#发变组系统各运行参数正常。

四、事故设备损坏原因分析

1.断路器灭弧室瓷瓶破裂解体检查情况

在现场对2501断路器U相进行解体检查，开关内部没有放电和灼伤的痕迹，断路器的绝缘拉杆没有机械损伤，因此基本排除开关内部闪络造成开关损坏。检查发现开关的外部上桩头和下桩头法兰处有严重的灼伤痕迹，同时调阅当时220kV升压站视频回放，发现故障时发生2次弧光闪络，由此可推断本次故障由外部闪络引起。

2.2次弧光闪络原因分析

1#发电机组手动解列后，灭磁开关还未拉开，发电机组励磁正常，主变高压侧仍为运行电压，故障瞬间发电机电势和系统电势基本反向，发电机U相电压14.25kV(经主变压器升压后为168kV)，220kV正母线U相电压-189.07kV，主变高压断路器U相断口承受357kV电压。因高温潮湿的天气下瓷套表面的脏污等因素等，引起外瓷套绝缘降低，主变高压断路器U相断口电压超过了当时情况下灭弧室外瓷套的绝缘耐压承受能力，引起主变高压断路器瓷套外部闪络。发变组误上电保护动作，跳开了灭磁开关，同时启动母差失灵，经0.3s延时后跳开母联断路器，随后故障电流变小，误上电保护返回(从误上电保护动作至返回共460ms)。间隔约50ms后，故障电流再次逐渐增大，经过414ms后，误上电保护再次动作，启动母差失灵，经过631ms延时后，跳开了正母线上所有开关。两次闪络故障持续约1.74s，因闪络电流持续时间比较长，U相灭弧室瓷瓶局部过热产生裂纹从而发生了破裂。

3.分析故障录波图及保护动作情况

当日22:42，1#发电机U、W相电流以及主变高压侧U相电流等开始逐步增大；在此之前的发电机及主变高压侧三相电流均为零值，说明机组解列后主变220kV断路器三相均在断开位置。

22:42:50:649，电流达到稳态最高值，故障录波器启动，历时19ms。

231.8ms后，1#发变组保护的误上电保护经200ms延时出口，动作于发变组保护全停出口，同时启动断路器失灵保护。误上电出口125ms后，灭磁开关跳闸；误上电出口325ms后，220kV母联断路器跳闸。

根据录波波形图显示，220kV母联断路器跳闸后，因故障电流变小，误上电保护在动作出口460ms后，保护返回。断路器失灵保护整定为0.3s跳母联断路器，0.6s启动母差出口跳220kV正母线上所有断路器，所以220kV正母线上母联断路器跳闸后，误上电保护返回，其它断路器未跳闸。

22:42:51:756，第2次闪络，因故障电流再次逐渐增大，误上电保护第二次动作，经630ms后，220kV正母线上所有断路器均跳闸。1#主变高压侧电流迅速减小。

从保护配置以及动作逻辑分析，1#主变2501断路器U相在发生外部闪络事故后，误上电保护、母差失灵保护相继动作切除事故电流的过程符合事故发生的变化过程。

4.引发闪络的环境因素

该发电厂220kV升压站虽为户内型，也在高压设备检修时对设备外绝缘进行清扫，站内设备长期运行后，其表面积聚的污秽无法像户外设备那样通过雨水冲刷自洁。在夏季高温高湿度等运行环境下，各设备瓷瓶表面的脏污导致外绝缘性能下降，220kV升压站内能听到较明显的放电声音。外绝缘性能下降后，在主变断路器操作时易发生断口间电压超过开关灭弧室外瓷套绝缘承受能力的极端情况。

五、防范措施

(1)提高电气设备外绝缘水平，在瓷瓶上喷涂RTV或PRTV涂料等。

(2)每年停电清扫1次，每年3月份雨水季节前，对220kV升压站内设备瓷瓶进行带电清洗。

(3)尽量降低断路器断口间承受因发电机和系统电势反向而产生过电压的概率，机组解列时采用主变断路器和灭磁开关连锁同时全停方式，并网前缩短升压后并网时间。

(4)断路器正常操作时，开关周围不得有人员，防止瓷瓶爆裂伤人。