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[導(dǎo)讀]針對 一起10kv開關(guān)柜起火故障 , 通過故障現(xiàn)場情況調(diào)查 , 結(jié)合同一環(huán)境下運行的斷路器耐壓、機械特性等綜合性 測試以及廠家對同批次產(chǎn)品合閘彈跳性能的測試,得出斷路器合閘彈跳時間超標(biāo)是導(dǎo)致故障的根本原因 。結(jié)合故障經(jīng)驗教訓(xùn) , 從工藝改良、設(shè)備調(diào)試、驅(qū)動更換等角度提出了改進方案和防范措施,提高了開關(guān)柜運行的可靠性。

引言

真空斷路器由瑞典佛加公司研發(fā),自1920年面世以來得到了廣泛關(guān)注,其因體積小、重量輕、可多次重合閘操作等優(yōu)勢,在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用[1]。目前,我國10 kV電壓等級的真空斷路器已經(jīng)基本取代油斷路器,其利用率已超過96%[2]o隨著技術(shù)的進步和發(fā)展,真空斷路器的可靠性和質(zhì)量都得到了極大的提升o但是,伴隨著真空斷路器的大范圍應(yīng)用和電網(wǎng)規(guī)模的日益復(fù)雜,產(chǎn)品強疲、安裝工藝、運行環(huán)境等復(fù)雜因素導(dǎo)致的故障時有發(fā)生o本文針對一起10 kV開關(guān)柜起火故障進行分析,通過現(xiàn)場情況調(diào)查,結(jié)合同批次產(chǎn)品的耐壓、機械特性等綜合性測試,得出斷路器合閘彈跳時間超標(biāo)是導(dǎo)致本次事故的根本原因,并制定了相應(yīng)的應(yīng)對措施和解決方案。

1故障描述

1.1現(xiàn)場概況

11月21日凌晨00:29,運行人員接到監(jiān)控電話,220 kV某變電站1號主變101A開關(guān)后備保護動作,跳開1號主變101A開關(guān),故障電流:A相25.41 A,B相24.66 A,C相25.45 A(二次值),變比600/1,10 kV I段母線失電,負(fù)荷損失3.7 MVA(損失負(fù)荷于03:00全部轉(zhuǎn)供結(jié)束)。運行人員于01:30左右到達(dá)現(xiàn)場,未貿(mào)然進入,隨即聯(lián)系檢修人員。檢修人員于03:30到達(dá)現(xiàn)場,開關(guān)室內(nèi)有黑煙冒出,無法進入。故障發(fā)生時天氣為小雨,氣溫5節(jié),現(xiàn)場無相關(guān)工作。

開關(guān)室內(nèi)部煙霧基本排出后,檢修人員進入開關(guān)室進行檢查,發(fā)現(xiàn)燒蝕跡象主要集中在2號電容器112間隔柜體中部及上部。112斷路器已完全變形無法抽出,打開112后柜門及上方擋板,斷路器下導(dǎo)電桿動觸頭已完全燒毀(圖1)。相鄰間隔1號電容器111、3號電容器113間隔繼電器儀表室二次電纜均有不同程度燒蝕跡象(圖2)。

1.2缺陷設(shè)備信息

2號電容器112開關(guān)柜,型號:KYN28-2;生產(chǎn)日期:2012年12月1日;投運日期:2013年9月30日;上次檢修日期:2019年11月20日。柜內(nèi)智能選相斷路器型號:IR1—12/1250—31.5;生產(chǎn)日期:2019年7月;投運日期:2020年1月;投運以來累計自動投切次數(shù):247次。

因現(xiàn)場112開關(guān)柜斷路器導(dǎo)軌已變形,無法整體抽出,現(xiàn)場對開關(guān)柜從后柜門進行拆解。打開后檢查發(fā)現(xiàn)112斷路器下導(dǎo)電臂有疑似放電點,三相動觸頭已粉化(圖3)。

檢查112開關(guān)投切信息,11月20日19:45:40,10 kVI段母線無功缺失,自動合112開關(guān),投入2號電容器。11月21日凌晨00:27,開關(guān)室監(jiān)控顯示112開關(guān)柜有明火,開關(guān)室火災(zāi)報警信號發(fā)出。

檢查故障錄波器(圖4)發(fā)現(xiàn),11月21日00:27:02.822,主變保護故障錄波器啟動,顯示B相單相接地,10 kV I段母線電壓頻繁波動12 s后,B、C相相間短路,10 ms后發(fā)展成為三相短路,主變低后備過流2時限保護經(jīng)1.2 s延時動作,跳開101A開關(guān)。三相二次側(cè)故障電流25.3 A(一次側(cè)電流15 180 A,主變低壓側(cè)允許出口短路電流41 878.32 A)。

從現(xiàn)場開關(guān)柜后柜門解體情況及現(xiàn)場的故障電壓波形分析,疑似斷路器下導(dǎo)電桿外絕緣性能不足,造成B相發(fā)生單相接地,10 kV I段母線電壓頻繁波動后最終導(dǎo)致三相短路,主變后備保護經(jīng)1.2 s的延時跳開101A開關(guān)。

2原因分析

2.1損毀設(shè)備解體檢查

待斷路器設(shè)備廠家及檢修室人員至現(xiàn)場后進行設(shè)備解體?,F(xiàn)場解體時故障斷路器大部分已經(jīng)燒融,切割拖出斷路器手車后,發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜斷路器室隔板已經(jīng)被放電燒灼洞穿,如圖5所示。

進一步檢查斷路器情況,發(fā)現(xiàn)B相斷路器本體真空泡已經(jīng)炸裂成碎片,C相真空泡破裂,A相真空泡相對完好,如圖6所示。

初步判斷由于斷路器B相真空泡出現(xiàn)絕緣問題,斷路器在運行過程中出現(xiàn)對柜體放電現(xiàn)象,故障持續(xù)發(fā)展,導(dǎo)致本次故障。

2.2同一批次斷路器停電檢測

由于112斷路器損毀嚴(yán)重,無法進行進一步的性能檢測,故對同一站點并列運行的10 kV 4號至8號電容器開關(guān)進行停電檢修,按計劃開展了斷路器本體的耐壓試驗、回路電阻試驗以及現(xiàn)場合閘選相延時時間校驗等工作,以此作為對照分析依據(jù)。使用的儀器設(shè)備如下:TEktronix DPO5104B示波器、SWT—VB開關(guān)機械特性測試儀。

本次檢查的5臺開關(guān)主回路電阻數(shù)據(jù)合格,與出廠值無明顯變化;耐壓測試通過,無放電現(xiàn)象;各相斷路器固有動作時間穩(wěn)定,與出廠值最大偏差0.3 ms,小于偏差范圍;但在開關(guān)機械特性測試的試驗過程中發(fā)現(xiàn),部分?jǐn)嗦菲骱祥l彈跳時間超過了2 ms標(biāo)準(zhǔn),并且數(shù)據(jù)相對于出廠值普遍高出很多(詳細(xì)數(shù)據(jù)如表1所示),其中5號電容器122開關(guān)測試C相合閘彈跳2.375 ms,7號電容器138開關(guān)斷路器特性測試C相合閘彈跳2.025 ms。Q/CSG 114002—2011《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》中規(guī)定:合閘時觸頭的彈跳時間不應(yīng)大于2 ms[3],測試結(jié)果顯然超過了標(biāo)準(zhǔn)的2 ms。

經(jīng)現(xiàn)場機械特性測試發(fā)現(xiàn),同一批次運行的斷路器確實存在合閘彈跳時間超標(biāo)的問題。合閘彈跳在國家標(biāo)準(zhǔn)中并沒有明確的定義,通常情況下認(rèn)為是開關(guān)在合閘時觸頭剛接觸直至觸頭穩(wěn)定接觸瞬間為止的時間。在合閘彈跳過程中,觸頭斷開距離小,電弧不會熄滅,將導(dǎo)致觸頭電磨損加重,從而影響真空泡的電壽命[4]。合閘彈跳時間越長,對真空泡的絕緣性能破壞就越大。這也驗證了上一節(jié)中的猜想,真空泡的絕緣破壞是導(dǎo)致本次故障的直接原因,而斷路器的合閘彈跳時間超標(biāo)是造成本次故障的根本原因。

3對策及建議

為了進一步研究開關(guān)合閘彈跳時間超標(biāo)的原因,避免再次發(fā)生此類故障,后續(xù)和廠家開展合作,進行更深入的測試驗證,得出了以下主要原因和相應(yīng)對策:

原因一:觸臂安裝工藝不規(guī)范,導(dǎo)致合閘過程中導(dǎo)電面接觸不良,引起合閘彈跳。

測試方法:不安裝觸臂進行測試,合閘彈跳時間為0 ms;安裝觸臂后進行測試,合閘彈跳時間為1.9~2.3 ms。

結(jié)論:觸臂安裝工藝不規(guī)范,導(dǎo)致合閘過程中導(dǎo)電面接觸不良,引起合閘彈跳時間超標(biāo)。

采取措施:打磨斷路器觸臂接觸面,并涂抹導(dǎo)電膏,調(diào)整觸臂安裝螺栓。

復(fù)測結(jié)論:處理后,再次測試合閘彈跳時間為0 ms。

原因二:斷路器超程過小,超出正常范圍1.8~2.2 mm。

采取措施:現(xiàn)場對斷路器進行超程測試并做調(diào)整。

原因三:驅(qū)動器不匹配,造成斷路器合閘速度過大,彈跳超標(biāo)。目前堆港變斷路器永磁機構(gòu)驅(qū)動器為CM—15型,存在與單相斷路器動作不匹配的隱患,且由于輸出功較大,無法調(diào)整,可能導(dǎo)致斷路器合閘速度過大,合閘彈跳超標(biāo)。目前國外廠家已有永磁機構(gòu)單相動作匹配驅(qū)動器,可對超標(biāo)的斷路器驅(qū)動器進行更換。

4結(jié)論

本文對某變電站10 kv真空斷路器起火故障進行了分析驗證,通過現(xiàn)場調(diào)查,結(jié)合同批次產(chǎn)品的耐壓、機械特性等綜合性測試,得出真空泡絕緣破壞是導(dǎo)致本次故障的直接原因,而斷路器的合閘彈跳時間超標(biāo)是造成本次故障的根本原因。為了防范此類故障的再次發(fā)生,從工藝、調(diào)試、驅(qū)動更換等方面制定了相應(yīng)的策略和解決方案,對斷路器合閘彈跳時間超標(biāo)造成的故障起到了重要防范作用。

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