雷击导致110 kV开关断口击穿故障分析和思考

钟如意，潘坤年

雷击导致110 kV开关断口击穿故障分析和思考

钟如意，潘坤年

（广东电网有限责任公司阳江供电局，广东 阳江 529500）

介绍了广东电网阳江供电局发生的一起110 kV开关因雷击导致断口击穿的故障、发生的整个过程，开展了事故跟踪处理。通过对开关解体的处理，确定线路开关遭受雷电冲击断口击穿的原因，提出在架空线路开关线路侧加装避雷器的防范措施。

雷击；开关；断口；击穿故障

1 故障过程

故障前运行方式：110 kV奕垌站110 kV 1M、2M并列运行，110 kV随奕线、#1变高挂110 kV 1M运行，#2变高挂110 kV 2M运行。110 kV东奕线由110 kV东城站充电，作为110 kV奕垌站备用电源。

根据相关保护动作信息及录波分析，2018-05-06T16：03：16：498，随奕线发生B相接地故障，最大故障相电流二次值10.13 A（TA变比800/1，一次值8.104 kA）。保护启动后14 ms，奕垌站110 kV随奕线分相差动保护正确动作出口，跳开开关；保护启动后19 ms，随垌站110 kV随奕线分相差动、接地距离I段保护正确动作出口，跳开开关。

保护启动后20 ms，奕垌站110 kV东奕线手合阻抗加速保护正确动作出口（故障前开关热备用）；保护启动后66 ms，110 kV东奕线遭到雷击，雷电流﹣34.0 kA，击穿奕垌站110 kV东奕线开关B相；保护启动后105 ms，奕垌站#1、#2主变中性点间隙发生击穿；保护启动后245 ms，奕垌站110 kV东奕线零序II段加速保护正确动作出口（故障前开关热备用）；保护启动后448 ms，110 kV东城站110 kV东奕线零序II段保护正确动作出口，跳开开关。

保护启动后1 094 ms，奕垌站110 kV随奕线重合闸正确动作出口，合上开关；保护启动后1 093 ms，随垌站110 kV随奕线重合闸正确动作出口，合上开关。保护启动后1 517 ms，110 kV东城站110 kV东奕线重合闸正确动作出口，合上开关。

故障开关为苏州AREVA高压电气开关有限公司GL312型SF6开关，额定电压145 kV，额定电流3 150 A，额定短路开断电流40 kA，2007-04生产，2007-12投运。故障后现场检查发现，开关极柱外观无异常。

2 故障处理

2.1 现场处理

故障发生后，检修试验人员到站对110 kV东奕线开关进行回路电阻、SF6气体湿度及分解物测试。故障后该开关三相回路电阻分别为35 μΩ、38 μΩ、36 μΩ，符合开关厂家标准（40±8）μΩ，初步判断绝缘操作杆和灭弧室内部机械及其连接相关的传动部件情况正常。SF6气体分解物SO2含量为20.5 μL/L，H2S含量为33.5 μL/L，CO含量为303.2 μL/L，均已超标，测试结果为不及格，判断东奕线开关因之前雷击故障导致开关内部绝缘不良，已经不满足运行条件。

2.2 返厂解体检修

此次雷击事故造成该110 kV开关B相断口击穿故障过程基本明确，对该开关进行更换后，委托苏州AREVA高压电气开关有限公司实施返厂解体检修。

解体检修发现，A、C相极柱无异常，B相极柱开盖后有臭鸡蛋味从极柱内部溢出，同时发现以下现象：该相灭弧室内部动触头和静触头上存在大量灰色及黑色粉尘，如图1所示。动触头和动弧触头上有大量放电痕迹，如图2所示。动弧触头均压罩被雷电击穿。解体后可以看到，动弧触头的均压罩有明显烧损痕迹，均压罩上有多次点状烧灼和一处烧穿痕迹，镀银接触面因高温烘烤而暗化。下静触头均压罩有几处轻微灼伤，触指镀银接触面完好。故障相极柱无外闪痕迹，灭弧室内绝缘拉杆无放电痕迹，故障相断路器操作机构性能完好。

图1 动触头和动弧触头上有大量灰色及黑色粉尘

图2 动触头和动弧触头上的放电痕迹

经过分析，粉末为SF6气体在电弧下产生的固体分解产物，主要成分为AgF、Ag2S、CuF2、AlF3、Al2O3，元素分析主要为银、氟、铜、铝、碳、氧和硫，其中银和铜来自动静触头的触指材料，碳来自喷口CF4材料，硫和氟来自SF6气体，铝来自均压罩等铝质材料。

3 故障原因分析

3.1 原因分析

故障时东奕线在未装设线路避雷器的情况下，遭受雷击。东奕线开关B相外部瓷套和接线板丝毫无损，没有放电痕迹，而内部触头断口存在大量放电痕迹。故障发生时，东奕线遭雷击，雷电流﹣34.0 kA，由于当时该线路未安装避雷器，处于热备用状态的东奕线开关断口直接承受雷电过电压，灭弧室两端无法承受超过自身承受极限的过电压，最终造成B相灭弧室断口被击穿，导致断路器内部动静触头放电，断口间放电比较严重。由于触指处于均压罩内，基本没有受到雷电过电压烧伤熔化，而均压罩则烧损严重，上触指表面被断路器内部铝质均压罩、CF4喷口及SF6气体等分解物熏黑。由于该开关在线路受电侧，不存在工频电源电压，因此断口间在短时燃弧后，故障电流随雷电波的消失而衰减为0，电弧自然熄灭，电弧热效应时间较短，未造成灭弧室瓷套爆炸。

3.2 断口击穿的原因

在一定电压条件下，SF6气体中的电子在向阳极运动过程中会产生电子崩，并转化成流注导致击穿。且负极性较正极性更容易导致击穿，而雷电波大都为负极性。冲击电压时间大于1 μs时，其击穿点大都在伏秒特性曲线的下包线（5%）附近[1]，即击穿电压相对较小，而雷电冲击时间大于11 μs，此时SF6气体击穿电压较小，容易击穿。

SF6气体与空气伏秒特性曲线如图3所示。

按照断路器灭弧室的设计，断口的内绝缘均应大于外部的绝缘，但当雷电冲击电压的上升沿时间较短时，由于灭弧室内外气体（SF6、空气）伏秒特性的差异[2]，会发生灭弧室内部的SF6气体先于外部空气击穿的情况。由于故障开关B相刚开断短路电流，此时开关内电场为不均匀电场，SF6气体耐受雷电波冲击的水平较低，因此开关内部灭弧室断口被外部雷击过电压击穿而外部瓷瓶完好。

图3 SF6气体与空气伏秒特性曲线

4 结语

本次故障发生的原因是开关线路侧未装设避雷器，开关内部灭弧室断口不能承受雷击过电压而导致击穿，由于故障开关在受电侧，因此开关外部瓷瓶完好。

为加强110～220 kV变电站雷电侵入波防护，建议加装线路避雷器，并进行开关断口的雷电冲击和工频耐压试验，防止类似的设备损坏事故再次发生。

致谢：朱信德对本文的修改提供了宝贵意见，谨此致谢。

［1］谈克雄.六氟化绝缘硫伏秒特性的理论计算［J］.高电压技术，1987，1（1）：1-8.

［2］邱毓昌，施围，张文元.高电压工程［M］.西安：西安交通大学出版社，2003.

TM862

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.18.055

2095－6835（2020）18－0136－02

钟如意（1993—），女，广西贵港人，大学本科，助理工程师，主要从事变电检修及高压试验工作。潘坤年（1984—），男，广西梧州人，研究生，工程师，主要从事变电检修及高压试验工作。

〔编辑：严丽琴〕