一起电容器组真空断路器爆炸事故分析和预控
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
6） 测量回路电阻值，主要是检测动静触头的 接触情况。
5 结语
目前，我们对电容器组开关的检修维护、验收 预试等都保持着与普通线路开关同等的要求，各 种相关规程上也没有加以注析区别对待，存在着 一定的不合理性。
考虑到电容器组在东莞负荷重区频繁投切的 工况，结合真空开关熄灭容性流比感性电流困难 的特点，我们提出了一系列针对电容器组开关故 障频发的预控措施，以提高电容器组运行的安全 可靠性。
能下降等问题，尤其是投运 10 年以上的设备，对 电网的安全稳定运行构成了很大的威胁［1］。
1 事故介绍
2011 年 5 月 7 日 7 时 39 分，东 莞 供 电 局 110 kV金洲变电站在合 4# 电容器组 527 开关时， 开关立即跳闸，527 开关保护装置发“限时电流速 断保护动作 ABC 相，Ib = 112． 95 A”信号，反应 B 相有故障，跳 527 开关。随即，次级 502 乙开关跳 闸，502 乙开关保护装置发“IV 段复压闭锁过流 保护动作 AC 相，Ia = 35． 19 A”、“母线保护动作 AC 相，Ia = 35． 19 A”信号，反映母差范围内有故 障，跳 502 乙开关。事故造成 10 kV II 乙段母线
2） 在做机械特性测试时除常规项目外，还应 重点包括分闸反弹项目。目前，我们的交接、预试 项 目 中 只 有 合 闸 弹 跳 时 间，没 有 分 闸 反 弹 幅 值。 而根据 DL / T 402—2000 《12 kV ～ 40． 5 kV 高压 真空 断 路 器 订 货 技 术 条 件 》中 第 6． 4． 1 条 规 定［6］，“真 空 断 路 器 …… 的 机 械 特 性 试 验，包 括 分、合 闸 时 间、合 闸 弹 跳 时 间、分 闸 反 弹 幅 值 ……”，按照 规 定，不 同 型 号、不 同 厂 家 的 真 空 泡 分闸反弹幅值不尽相同，但一般来说幅值应不超 过触头开距的 30%［7］。对电容器组的开关来说， 由于真空泡开断的是容性电流，比熄灭一般线路 的感性电流要困难得多，如果分闸时触头反弹过 大并超过规定值，就会因为拉弧不够或电弧重燃 而造成的 灭 弧 失 败，进 而 导 致 真 空 泡 爆 炸［8］，因 此我们必须要重视分闸反弹的测试，确保此项合 格。
1） 针对电容器开关目前的运行状况，进行综 合评估，尤其是投产超过一定年限的。真空断路 器 正 常 操 作 的 机 械 寿 命、电 气 寿 命 都 为 10 000 次［5］，此电容器开关运行 13 年，以平均每 天操作 3 次计算，分合次数已达 3 × 365 × 13 = 14 235 次，远超过了规定的次数。另外，目前有很多 记数器已经损坏，需要进行调查和处理，以获得准 确数据，为设备评估作参考。
收稿日期： 2011-08-22
·69·
2012 年第 1 期
电力电容器与无功补偿
第 33 卷
失压。随后，经值班员检查发现故障点在 527 开 关真空泡处，便迅速隔离 527 开关，及时恢复 II 乙段母线运行。
A、B 相完好。由此可知，C 相灭弧室是电弧从里面 烧伤的，A、B 相真空泡外壁则是从外部烧伤的。
3） 检查缓冲器的性能状况。缓冲器的作用 是吸收开关分闸时过剩的能量，否则分闸拐臂就 会与机构发生硬性碰撞，这是导致触头反弹的主 要原因［9］。 由 于 运 行 的 时 间 过 长，且 缺 乏 维 护， 部分缓冲器已失效，因此必须要认真地检查与维 护，确保其功效良好。
4） 重视灭弧室的真空度测试。在南网《电力 设备预防性试验规程》［10］中第 7． 3 条明确规定， 电容器开关灭弧室真空度的测量周期为 3 年一
第 33 卷 第 1 期 2012 年 2 月
电力电容器与无功补偿 Power Capacitor ＆ Reactive Power Compensation
Vol． 33 No． 1 Feb． 2012
一起电容器组真空断路器爆炸事故分析和预控
何满棠，梁伟民，刘润权
（ 广东电网公司东莞供电局，广东 东莞 523000）
2 事故现场检查
发生事故的 4#电容器组的开关柜为 XGN 型， 开关型号 ZN28—10Q，搭配 CT19 操作机构，1998 年 6 月投运至今。对故障现场进行检查和分析， 发现：
1） 真空断路器上支架有明显的三相短路痕 迹，各相的真空泡外壁都有不同程度的损伤，其中 A、C 相爆裂，B 相有裂纹如图 1 所示。
4） 开关机构指示开关在分位，通过测量开距 点、敲碎真空泡观察触头位置（ 见图 3） 也证实开 关在分位，由此可知，开关跳闸成功。
5） 检查电容器组，发现 B 相 B14 的保险丝熔 断，测量容值及进行耐压试验均合格。
3 事故原因分析
电容器组在送电时，因 B14 保险丝熔断而产 生差流，该电容器组采用的差流保护动作，使开关 立即跳闸［2］。在分闸的过程中，C 相真空泡因未 能熄灭电弧（ 从内部严重烧伤可知） ，导致灭弧室 爆炸，并引起上支架处三相断路。由故障录波可 知，当时断路电流为 24 kA，巨大的断路电流导致 上支架接触面灼伤，并从外部烧伤 A、B 相真空 泡，但未能破坏其内部。
［2］ 张雄伟． 并联电力电容器保护［J］． 电力电容器与无 功补偿，2008，29（ 6） ： 46-48． ZHANG Xiong-wei． Protection of shunt power capacitor ［J］． Power Capacitor ＆ Reactive Power Compensation， 2008，29（ 6） ： 46-48．
次。虽然目前可通过耐压试验来代替，但耐压试 验只是定性，不能定量反映真空度，即在真空度临 近不合格时，耐压试验同样可以通过，却不能反映 真空度已临 近 不 合 格 这 一 状 况［11］，此 时，分 闸 操 作如果再诱以触头反弹过大等因素，就会造成灭 弧失败的事故。
5） 测量触头磨损量，ຫໍສະໝຸດ Baidu要针对电容器开关熄 灭容性电流困难、对触头烧损严重、防止开关在合 闸状态时触头发热。
4 预控措施
本开关从 1998 年投运至今已有 13 年，其间
2012 年第 1 期 ·运行维护与故障分析· 何满棠，等 一起电容器组真空断路器爆炸事故分析和预控 （ 总第 139 期）
未进行过技改或更新，设备老化严重，性能下降明 显。因为电容器是 10 kV 同类设备中投切最频 繁、开关分 合 次 数 最 多 的 设 备［4］，且 真 空 泡 每 次 熄灭的容性电流都要比线路的感性电流困难得 多。因此，长年严酷运行，在其性能下降后也没能 及时发现，是造成这次事故的原因。为避免同类 事故发生，我们认为有必要对电容器组开关采取 以下预防措施：
图 1 C 相真空泡外壁炸裂 Fig． 1 Rupture of outer wall of vacuum tube in phase C
2） 拆下开关连接母排后发现，真空泡上支架 接线面处三相都有明显的灼伤痕迹，而下接触面 完好，如图 2 所示。由此可见，短路点在真空泡上 支架连线处，短路时开关已跳闸，巨大的短路电流 只灼伤了上支架接触面。
Pre-control Measures and Analysis on an Explosion Accident of Capacitor's Vacuum Circuit Breaker
HE Man-tang，LIANG Wei-min，LIU Run-quan （ Dongguan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Corporation，Dongguan 523000，China） Abstract： Vacuum circuit breaker with its superior arc interruption and maintenance-free performance，is widely used in 10 kV substation for switching load current and cutting off fault current of line． As the capacitive current is more difficult to be interrupted than the inductive one by the vacuum circuit breaker，therefore，such fault as explosion due to the arc not interrupted by the capacitor's switch sometimes happened． In this paper，through analyzing an explosion accident of 10 kV capacitor bank switch，the related pre-control measures have been proposed． Keywords： vacuum circuit breaker； rebound in opening operation； short-circuit； pre-control measures
摘 要： 真空断路器以其优越的灭弧性能和免维护的优点大量运用于变电站的 10 kV 电压等 级中，它主要起分合线路的负载电流和切断故障电流的作用。由于真空断路器熄灭容性电流 比感性电流要困难得多，因此，电容器组开关因未能灭弧而引发的爆炸事故时有发生。文章通 过分析一起 10 kV 电容器组开关的爆炸事故，分析其中的原因，并提出相关预控措施。 关键词： 真空断路器； 分闸反弹； 短路； 预防措施 中图分类号： TM561 文献标识码： B 文章编号： 1674-1757（ 2012） 01-0069-04
0 引言
东莞是一个用电基数大、负荷增长快的发达 城市，如此大的电能需求，对变电站的无功设备造 成了巨大的压力。为满足电网无功不断变化需 求，电容器需要频繁地投切，在夏季用电高峰期， 每日投切次数更高达 6 次。如此频繁地操作真空 断路器，以熄灭电容器的容性电流，对它的触头、 真空度、操作机构等都是一个严峻的考验，部分电 容器开关已出现触头磨损、真空度下降等隐性缺 陷。随着供电可靠性要求的不断提高，设备停电 维护变得越来越困难，部分真空断路器的操作机 构也缺乏充分的检修和维护，已出现传动卡涩、性
可以明确，事故是从 C 相真空泡未能有效灭 弧开始的，且根据开关在分位可知，真空泡未能熄 灭的是跳闸时的电弧。造成灭弧失败的可能原因 有： ①真空度下降； ②分闸时触头反弹幅值过大。 该开关在 2009 年做了耐压试验并合格，由此可 见，触头反弹幅值过大引起的机率较大。另外，电 容器通过的是容性电流，根据灭弧的特性，真空开 关熄灭容性电流要比感性电流困难许多［3］。
［3］ 刘天哲． 电容器无功补偿装置的配置、安装和故障处 理［J］． 电力电容器，2006，27（ 3） ： 1-2，5． LIU Tian-zhe． The arrangement，installment and fault treatment of capacitor installation for reactive power compensation［J］． Power Capacitor，2006，27（ 3） ： 1-2，5．
参考文献：
［1］ 吴高波，阮江军，黄道春，等． 多断口真空断路器均压 电容研究综述［J］． 高压电器，2011，47（ 3） ： 77-81． WU Gao-bo，RUAN Jiang-jun，HUANG Dao-chun，et al． Review of grading capacitors of multi-break vacuum circuit breakers ［J］． High Voltage Apparatus，2011，47 （ 3） ： 77-81．
图 2 上支架接触面灼伤 Fig． 2 Burn on contacting surface of upper support
3） 敲碎真空泡的外壁进行内部检查，发现 C 相内部的触头、真空罩烧伤严重，如图 3 所示。而 ·70·
图 3 内部触头、密封罩烧毁严重 Fig． 3 Serious burn of contacts and sealing cover
5 结语
目前，我们对电容器组开关的检修维护、验收 预试等都保持着与普通线路开关同等的要求，各 种相关规程上也没有加以注析区别对待，存在着 一定的不合理性。
考虑到电容器组在东莞负荷重区频繁投切的 工况，结合真空开关熄灭容性流比感性电流困难 的特点，我们提出了一系列针对电容器组开关故 障频发的预控措施，以提高电容器组运行的安全 可靠性。
能下降等问题，尤其是投运 10 年以上的设备，对 电网的安全稳定运行构成了很大的威胁［1］。
1 事故介绍
2011 年 5 月 7 日 7 时 39 分，东 莞 供 电 局 110 kV金洲变电站在合 4# 电容器组 527 开关时， 开关立即跳闸，527 开关保护装置发“限时电流速 断保护动作 ABC 相，Ib = 112． 95 A”信号，反应 B 相有故障，跳 527 开关。随即，次级 502 乙开关跳 闸，502 乙开关保护装置发“IV 段复压闭锁过流 保护动作 AC 相，Ia = 35． 19 A”、“母线保护动作 AC 相，Ia = 35． 19 A”信号，反映母差范围内有故 障，跳 502 乙开关。事故造成 10 kV II 乙段母线
2） 在做机械特性测试时除常规项目外，还应 重点包括分闸反弹项目。目前，我们的交接、预试 项 目 中 只 有 合 闸 弹 跳 时 间，没 有 分 闸 反 弹 幅 值。 而根据 DL / T 402—2000 《12 kV ～ 40． 5 kV 高压 真空 断 路 器 订 货 技 术 条 件 》中 第 6． 4． 1 条 规 定［6］，“真 空 断 路 器 …… 的 机 械 特 性 试 验，包 括 分、合 闸 时 间、合 闸 弹 跳 时 间、分 闸 反 弹 幅 值 ……”，按照 规 定，不 同 型 号、不 同 厂 家 的 真 空 泡 分闸反弹幅值不尽相同，但一般来说幅值应不超 过触头开距的 30%［7］。对电容器组的开关来说， 由于真空泡开断的是容性电流，比熄灭一般线路 的感性电流要困难得多，如果分闸时触头反弹过 大并超过规定值，就会因为拉弧不够或电弧重燃 而造成的 灭 弧 失 败，进 而 导 致 真 空 泡 爆 炸［8］，因 此我们必须要重视分闸反弹的测试，确保此项合 格。
1） 针对电容器开关目前的运行状况，进行综 合评估，尤其是投产超过一定年限的。真空断路 器 正 常 操 作 的 机 械 寿 命、电 气 寿 命 都 为 10 000 次［5］，此电容器开关运行 13 年，以平均每 天操作 3 次计算，分合次数已达 3 × 365 × 13 = 14 235 次，远超过了规定的次数。另外，目前有很多 记数器已经损坏，需要进行调查和处理，以获得准 确数据，为设备评估作参考。
收稿日期： 2011-08-22
·69·
2012 年第 1 期
电力电容器与无功补偿
第 33 卷
失压。随后，经值班员检查发现故障点在 527 开 关真空泡处，便迅速隔离 527 开关，及时恢复 II 乙段母线运行。
A、B 相完好。由此可知，C 相灭弧室是电弧从里面 烧伤的，A、B 相真空泡外壁则是从外部烧伤的。
3） 检查缓冲器的性能状况。缓冲器的作用 是吸收开关分闸时过剩的能量，否则分闸拐臂就 会与机构发生硬性碰撞，这是导致触头反弹的主 要原因［9］。 由 于 运 行 的 时 间 过 长，且 缺 乏 维 护， 部分缓冲器已失效，因此必须要认真地检查与维 护，确保其功效良好。
4） 重视灭弧室的真空度测试。在南网《电力 设备预防性试验规程》［10］中第 7． 3 条明确规定， 电容器开关灭弧室真空度的测量周期为 3 年一
第 33 卷 第 1 期 2012 年 2 月
电力电容器与无功补偿 Power Capacitor ＆ Reactive Power Compensation
Vol． 33 No． 1 Feb． 2012
一起电容器组真空断路器爆炸事故分析和预控
何满棠，梁伟民，刘润权
（ 广东电网公司东莞供电局，广东 东莞 523000）
2 事故现场检查
发生事故的 4#电容器组的开关柜为 XGN 型， 开关型号 ZN28—10Q，搭配 CT19 操作机构，1998 年 6 月投运至今。对故障现场进行检查和分析， 发现：
1） 真空断路器上支架有明显的三相短路痕 迹，各相的真空泡外壁都有不同程度的损伤，其中 A、C 相爆裂，B 相有裂纹如图 1 所示。
4） 开关机构指示开关在分位，通过测量开距 点、敲碎真空泡观察触头位置（ 见图 3） 也证实开 关在分位，由此可知，开关跳闸成功。
5） 检查电容器组，发现 B 相 B14 的保险丝熔 断，测量容值及进行耐压试验均合格。
3 事故原因分析
电容器组在送电时，因 B14 保险丝熔断而产 生差流，该电容器组采用的差流保护动作，使开关 立即跳闸［2］。在分闸的过程中，C 相真空泡因未 能熄灭电弧（ 从内部严重烧伤可知） ，导致灭弧室 爆炸，并引起上支架处三相断路。由故障录波可 知，当时断路电流为 24 kA，巨大的断路电流导致 上支架接触面灼伤，并从外部烧伤 A、B 相真空 泡，但未能破坏其内部。
［2］ 张雄伟． 并联电力电容器保护［J］． 电力电容器与无 功补偿，2008，29（ 6） ： 46-48． ZHANG Xiong-wei． Protection of shunt power capacitor ［J］． Power Capacitor ＆ Reactive Power Compensation， 2008，29（ 6） ： 46-48．
次。虽然目前可通过耐压试验来代替，但耐压试 验只是定性，不能定量反映真空度，即在真空度临 近不合格时，耐压试验同样可以通过，却不能反映 真空度已临 近 不 合 格 这 一 状 况［11］，此 时，分 闸 操 作如果再诱以触头反弹过大等因素，就会造成灭 弧失败的事故。
5） 测量触头磨损量，ຫໍສະໝຸດ Baidu要针对电容器开关熄 灭容性电流困难、对触头烧损严重、防止开关在合 闸状态时触头发热。
4 预控措施
本开关从 1998 年投运至今已有 13 年，其间
2012 年第 1 期 ·运行维护与故障分析· 何满棠，等 一起电容器组真空断路器爆炸事故分析和预控 （ 总第 139 期）
未进行过技改或更新，设备老化严重，性能下降明 显。因为电容器是 10 kV 同类设备中投切最频 繁、开关分 合 次 数 最 多 的 设 备［4］，且 真 空 泡 每 次 熄灭的容性电流都要比线路的感性电流困难得 多。因此，长年严酷运行，在其性能下降后也没能 及时发现，是造成这次事故的原因。为避免同类 事故发生，我们认为有必要对电容器组开关采取 以下预防措施：
图 1 C 相真空泡外壁炸裂 Fig． 1 Rupture of outer wall of vacuum tube in phase C
2） 拆下开关连接母排后发现，真空泡上支架 接线面处三相都有明显的灼伤痕迹，而下接触面 完好，如图 2 所示。由此可见，短路点在真空泡上 支架连线处，短路时开关已跳闸，巨大的短路电流 只灼伤了上支架接触面。
Pre-control Measures and Analysis on an Explosion Accident of Capacitor's Vacuum Circuit Breaker
HE Man-tang，LIANG Wei-min，LIU Run-quan （ Dongguan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Corporation，Dongguan 523000，China） Abstract： Vacuum circuit breaker with its superior arc interruption and maintenance-free performance，is widely used in 10 kV substation for switching load current and cutting off fault current of line． As the capacitive current is more difficult to be interrupted than the inductive one by the vacuum circuit breaker，therefore，such fault as explosion due to the arc not interrupted by the capacitor's switch sometimes happened． In this paper，through analyzing an explosion accident of 10 kV capacitor bank switch，the related pre-control measures have been proposed． Keywords： vacuum circuit breaker； rebound in opening operation； short-circuit； pre-control measures
摘 要： 真空断路器以其优越的灭弧性能和免维护的优点大量运用于变电站的 10 kV 电压等 级中，它主要起分合线路的负载电流和切断故障电流的作用。由于真空断路器熄灭容性电流 比感性电流要困难得多，因此，电容器组开关因未能灭弧而引发的爆炸事故时有发生。文章通 过分析一起 10 kV 电容器组开关的爆炸事故，分析其中的原因，并提出相关预控措施。 关键词： 真空断路器； 分闸反弹； 短路； 预防措施 中图分类号： TM561 文献标识码： B 文章编号： 1674-1757（ 2012） 01-0069-04
0 引言
东莞是一个用电基数大、负荷增长快的发达 城市，如此大的电能需求，对变电站的无功设备造 成了巨大的压力。为满足电网无功不断变化需 求，电容器需要频繁地投切，在夏季用电高峰期， 每日投切次数更高达 6 次。如此频繁地操作真空 断路器，以熄灭电容器的容性电流，对它的触头、 真空度、操作机构等都是一个严峻的考验，部分电 容器开关已出现触头磨损、真空度下降等隐性缺 陷。随着供电可靠性要求的不断提高，设备停电 维护变得越来越困难，部分真空断路器的操作机 构也缺乏充分的检修和维护，已出现传动卡涩、性
可以明确，事故是从 C 相真空泡未能有效灭 弧开始的，且根据开关在分位可知，真空泡未能熄 灭的是跳闸时的电弧。造成灭弧失败的可能原因 有： ①真空度下降； ②分闸时触头反弹幅值过大。 该开关在 2009 年做了耐压试验并合格，由此可 见，触头反弹幅值过大引起的机率较大。另外，电 容器通过的是容性电流，根据灭弧的特性，真空开 关熄灭容性电流要比感性电流困难许多［3］。
［3］ 刘天哲． 电容器无功补偿装置的配置、安装和故障处 理［J］． 电力电容器，2006，27（ 3） ： 1-2，5． LIU Tian-zhe． The arrangement，installment and fault treatment of capacitor installation for reactive power compensation［J］． Power Capacitor，2006，27（ 3） ： 1-2，5．
参考文献：
［1］ 吴高波，阮江军，黄道春，等． 多断口真空断路器均压 电容研究综述［J］． 高压电器，2011，47（ 3） ： 77-81． WU Gao-bo，RUAN Jiang-jun，HUANG Dao-chun，et al． Review of grading capacitors of multi-break vacuum circuit breakers ［J］． High Voltage Apparatus，2011，47 （ 3） ： 77-81．
图 2 上支架接触面灼伤 Fig． 2 Burn on contacting surface of upper support
3） 敲碎真空泡的外壁进行内部检查，发现 C 相内部的触头、真空罩烧伤严重，如图 3 所示。而 ·70·
图 3 内部触头、密封罩烧毁严重 Fig． 3 Serious burn of contacts and sealing cover