多重雷擊引起220kV斷路器損壞的事故分析

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摘要：介紹220kv線路雷擊故障，雷電波侵入220kv變電站內(nèi)，引起220kv斷路器斷口絕緣擊穿，導(dǎo)致斷路器內(nèi)部損壞。建議開展110kv、220kv sf6斷路器雷電沖擊、反極性工頻聯(lián)合電壓試驗(yàn)，并在強(qiáng)雷地區(qū)變電站110kv、220kv架空出線側(cè)加裝避雷器保護(hù)。 

關(guān)鍵詞：斷路器  sf6氣體分解物  多重雷擊  擊穿  1 概述  變電站是電力系統(tǒng)防雷的重要保護(hù)設(shè)施，如果發(fā)生雷擊事故，將造成大面積的停電，嚴(yán)重影響社會(huì)生產(chǎn)和人民生活。因此要求變電站的防雷措施必須十分可靠。  雷擊的來(lái)源，一是雷直擊于變電站的設(shè)備上，變電站對(duì)于直擊雷的保護(hù)一般采取裝設(shè)避雷針或采用沿變電站進(jìn)線段一定距離內(nèi)架設(shè)避雷線的方法解決。二是架空線路的雷電感應(yīng)過(guò)電壓和直擊雷過(guò)電壓形成的雷電波沿線路侵入變電站，是導(dǎo)致變電站雷害的主要原因。  保定市區(qū)附近的雷電活動(dòng)屬中等頻度，每年在40個(gè)雷電日左右，2010年發(fā)生了因?yàn)榫€路遭受多重雷擊導(dǎo)致220kv線路斷路器斷口內(nèi)部損壞的故障?，F(xiàn)對(duì)該故障的過(guò)程和原因做簡(jiǎn)單介紹和分析，以供參考。  2 故障經(jīng)過(guò)  2.1 故障基本情況  2010年8月31日21時(shí)00分49秒受當(dāng)時(shí)保定市區(qū)附近惡劣天氣的影響，220kv富南ⅰ線a相遭受雷擊形成瞬間接地故障，220kv南郊變電站2213斷路器保護(hù)動(dòng)作，跳開a相斷路器，成功開斷故障電流后，2213斷路器a相斷路器處于熱備用狀態(tài)。220kv南郊變電站2213斷路器a相跳開156ms后，220kv富南ⅰ線a相再次遭受雷擊，2213斷路器a相再次出現(xiàn)約12ms的故障電流，220kv富南ⅰ線兩套保護(hù)分別三跳、永跳出口，2213三相斷路器跳開。  2.2 繼電保護(hù)動(dòng)作信息  0ms 220kv富南ⅰ線a相故障發(fā)生，故障電流220kv南郊變電站側(cè)最大有效值為26ka，220kv富昌變電站側(cè)為1.9ka。  15ms 220kv南郊、富昌變電站rcs931bm差動(dòng)動(dòng)作。  25ms 220kv南郊、富昌變電站psl603gc差動(dòng)動(dòng)作。  48ms 220kv富南ⅰ線a相故障滅弧，220kv南郊變電站2213斷路器a相成功切除故障電流。  204ms 220kv南郊變電站2213斷路器a相再次出現(xiàn)故障電流，最大有效值為18ka。  223ms 220kv南郊變電站rcs931bm非全相再故障三跳（在跳閘邏輯中）。  236ms 220kv南郊、富昌變電站psl603gc非全相再故障永跳（在差動(dòng)保護(hù)邏輯中）。  252ms 220kv南郊變電站2213斷路器a相故障電流自行消失。  260ms 220kv富昌變電站rcs-931bm收遠(yuǎn)跳動(dòng)作三跳。  300ms 220kv南郊、富昌變電站psl603gc收遠(yuǎn)跳動(dòng)作三跳。  分析表明，全部繼電保護(hù)動(dòng)作正確，繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)序見圖1。  2213斷路器為蘇州areva高壓電氣有限公司產(chǎn)品2007年5月生產(chǎn)的gl314-252型產(chǎn)品，2007年11月投入運(yùn)行。該220kv斷路器以往試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格，且未曾發(fā)生漏氣等缺陷。  220kv富南ⅰ線基本參數(shù)：與220kv富南ⅱ線全線路同塔并架，2007年11月投入運(yùn)行，起點(diǎn)為220kv富昌變電站，終點(diǎn)為220kv南郊變電站，共計(jì)36基桿塔，全長(zhǎng)10.247公里，全線路無(wú)換位，導(dǎo)線型號(hào)為2×lgj-300/25，地線型號(hào)為opgw，jlb4-150，耐張串絕緣配置為xwp2-120 18片，懸垂串絕緣配置為fxbw-220/100，排列方式為垂直排列，相序?yàn)樯喜縝相、中部a、下部c相，防雷保護(hù)角為設(shè)計(jì)不大于15度。  3 故障檢查  3.1 變電站內(nèi)檢查  檢修人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，檢查2213斷路器外觀，無(wú)異常。試驗(yàn)人員對(duì)2213斷路器進(jìn)行sf6氣體分解物分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)a相h2s含量111.2μl/l，so2含量35.5μl/l，b、c兩相h2s和so2含量均為零，可見a相sf6氣體分解物含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于b、c兩相。另外，2213斷路器a相sf6氣體含水量為220μl/l，低于300μl/l的標(biāo)準(zhǔn)值。  3.2 線路檢查  專業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，220kv富南ⅰ線33號(hào)耐張塔a相引流線懸垂合成絕緣子、32號(hào)直線塔a相懸垂合成絕緣子（雙串）有雷擊放電痕跡，分別見圖2和圖3。  3.3 斷路器解體檢查  2213斷路器返廠解體后，發(fā)現(xiàn)滅弧室內(nèi)有大量白色粉末，見圖4，并有灼燒痕跡，見圖5。  4 原因分析  雷電定位系統(tǒng)顯示故障發(fā)生時(shí)段30-33號(hào)塔落雷2次，結(jié)合外觀檢查、解體檢查、故障錄波圖及sf6氣體分解物測(cè)試結(jié)果，對(duì)該220kv斷路器損壞原因進(jìn)行分析，故障原因如下：  4.1 第一次出現(xiàn)故障電流  根據(jù)錄波圖及線路查線結(jié)果分析，220kv富南ⅰ線33號(hào)耐張塔遭受雷擊造成絕緣子表面閃絡(luò)，故障電流為26ka，持續(xù)時(shí)間50ms，2213斷路器a相成功切除故障電流。  4.2 第二次出現(xiàn)故障電流  2213a相切除故障電流后約156ms（此時(shí)未達(dá)到2213斷路器重合閘800ms動(dòng)作出口時(shí)間，a相處于斷開狀態(tài)），該線路32號(hào)直線塔遭受第二次雷擊，上端金屬件對(duì)下端均壓環(huán)直接擊穿，同時(shí)雷電波通過(guò)線路傳遞到220kv南郊變電站內(nèi)，由于雷擊點(diǎn)與變電站距離較短，約1.2公里，雷電波衰減幅度較小，且2213斷路器a相處于熱備用狀態(tài)，斷路器外側(cè)對(duì)于雷電侵入波來(lái)說(shuō)處于無(wú)保護(hù)狀態(tài)。根據(jù)行波理論，雷電侵入波在斷路器斷口外側(cè)發(fā)生行波全反射[1]，所以斷路器斷口除承受雷電侵入波及其反射波疊加作用外，還承受母線側(cè)工頻電壓作用，極端情況下可能遭遇與侵入波反極性的工頻電壓峰值疊加作用，造成2213斷路器a相斷口擊穿，重新產(chǎn)生故障電流，兩套保護(hù)分別三跳、永跳出口，跳開三相斷路器。  5 預(yù)防措施  鑒于近年來(lái)保定地區(qū)雷電活動(dòng)頻繁的形勢(shì)，提出如下改進(jìn)措施：①對(duì)110kv、220kv變電站運(yùn)行情況進(jìn)行排查，按照《預(yù)防多雷地區(qū)變電站斷路器等設(shè)備雷害事故技術(shù)措施》的指導(dǎo)意見逐步加裝線路避雷器[2]。②根據(jù)幾種避雷器的保護(hù)特性，采用性能良好的氧化鋅避雷器[3]。這些線路避雷器除了能防止斷口內(nèi)外閃絡(luò)，也可以保護(hù)母線上的其他電氣設(shè)備。③利用避雷線良好的屏蔽作用防止雷電直擊導(dǎo)線以及使最靠近變電站的桿塔具有低的接地電阻以防止反擊（因?yàn)檫@種雷的直擊和反擊可以在分閘斷路器斷口處產(chǎn)生波頭時(shí)間很短的過(guò)電壓）等，也能顯著地減少近區(qū)雷擊的危害。④對(duì)于110kv、220kv sf6斷路器雷電沖擊和工頻耐壓型式試驗(yàn)，設(shè)備生產(chǎn)廠家有必要考慮斷路器在分位時(shí)斷口承受雷電波和工頻電壓作用的極端情況，提高耐雷水平。  參考文獻(xiàn)：  [1]魯鐵成.電力系統(tǒng)過(guò)電壓[m].北京:中國(guó)水利水電出版社， 2009.  [2]李汝彪，張東波.高壓斷路器雷擊損壞故障分析與措施[j].高壓電器，2008，44(5):466-468.  [3]周澤存.高電壓技術(shù)[m].北京:中國(guó)電力出版社，2004.5: 191-198.