雷击引起的断路器烧毁故障的分析

曹铸强

【摘 要】近年来，电网中高压断路器遭雷击引起的故障时有发生且成上升趋势。本文介绍了某变电站内35kV真空高压断路器在雷雨天气被烧毁的故障，通过对故障断路器进行外观检查及数据测量，并对故障录波图与保护动作记录进行详细分析，得出结论：断路器在断位时遭受雷击2次（或3次），真空灭弧室真空度、灭弧元件严重损坏导致最后一次开断失败，是造成事故的直接原因。高压断路器是电力系统中的关键设备，应从各方面保证其安全稳定运行。为避免该类事故再次发生，提出了对高压断路器的相应检修维护措施和建议（特别是雷电多发地区）。

【关键词】雷击；断路器；数据测量

引言

高压断路器是电力系统中最重要的控制和保护用电气设备，其可靠性，直接关系到整个系统的安全稳定。随着近几年来系统的容量剧增，负荷的日益加重，短路容量也随之增加，造成高压断路器故障率升高。本文以一起高压断路器烧毁故障为例，介绍事故发生经过，分析事故原因，提出相应检修维护措施和建议，避免同类事故再次发生。

某变电站运行编号为314的真空断路器（型号ZN12-40.5，额定电流1250A，额定短路开断电流25kA，投入运行20个月）某日17时47分发生故障，断路器灭弧室未熄弧，开断失败，发展成该断路器相间短路，导致断路器烧毁。发生故障时变电站所在地区暴雨并伴有雷暴，气温27℃左右，大风。

1.现场检查

1.1外观检查

故障后断路器如图1 所示。经现场检查，314断路器在分位，机械位置正常；B、C相灭弧室有明显过温变色；对C相灭弧室解体后发现，触头烧毁；A相灭弧室金属罩与绝缘瓷柱连接部有一1厘米长孔洞，绝缘支撑杆严重烧损，如图2所示；AB相间有严重短路；断路器支持绝缘子、绝缘拉杆表面碳化；柜内绝缘隔板有大量电弧喷溅，CT二次线烧毁，如图3所示。

1.2 测量数据

对损坏的A、B相灭弧室进行绝缘试验，数据见表1。

根据国家标准，2.5cm 空气间隙中平板电极的击穿电压为Kv，可见灭弧室极间绝缘已经被完全破坏。

2.原因分析

根据#2 主变保护装置录波图及保护动作记录分析，在17时47分14秒274毫秒314过流保护II段动作（BC相短路，降为0，故障点应在线路），但故障未被切除，BC相短路电流一直延续，与BC相灭弧室有明显内部过温现象吻合，说明电弧一直在BC相灭弧室内燃烧。

在第77个周波时，原本没有短路故障正常断开的A相，产生了故障电流（故障点应在线路，说明断口重击穿，由于当时为雷雨天气，雷击可能性较大），、急剧降低，C相故障电流有少量增长，幅值与A相相同。

在第82个周波时，A相故障电流峰值明显增大，三相电压基本为0，说明故障点转移至314开关柜内部（应为AB相间柜内短路，与现场设备损毁现象吻合）。C相故障电流无变化，说明C相故障点没有转移，与现场断路器BC相间没有短路现象吻合。

第111个周波时，三相故障电流消失（从314线路故障开始，到故障被302 断路器切除共持续2.22s，减去断路器固有分闸时间、燃弧时间，保护原件响应时间，与#2变中后备过流II段5.5A/2.1s跳302定值吻合）。

分析314保护时间列表，发现17点12分33秒314断路器跳闸后（第一次试送后的跳闸，断路器在断位），至17点24分19秒314断路器第二次试送之前产生了一系列保护元件、过流、合闸加速启动和返回事件，共有3时间阶段，为16分05秒至15秒、20分06秒至21秒、30分38秒至49秒。按以上时间段取出302录波，发现16分、30分时各有一次故障录波，均为三相短路。16分时段故障电流持续时间1.46s，30分时段故障电流持续时间1.62s，均未到345定值5.5A/1.8s，所以变电站没有发生保护出口。

20分时段没有故障录波，也没有变电站及其所属电厂的任何保护出口。分析为产生的故障电流比较小，没有达到定值，故障自行消除。16分时段和30分时段发生的故障电流与断路器上一次灭弧间隔几分钟，灭弧室不可能自行重击穿，而且故障波形体现为三相同时短路故障，所以根据当天雷雨天气分析，断路器在最后一次试送之前，断口被雷电击穿2次（或3次），由于314断路器在断位已不具备灭弧能力，长燃弧达1.46s 和1.62s，直到其所属电厂切断故障。灭弧室在此时已经受到严重破坏，触头严重烧损、真空度降低，导致17：47分开断失败，断路器永久性损坏。

3.结论

综合以上分析得出结论，314 断路器在17：12-17：30这一时段在断位时遭受雷击2次（或3次），真空度、灭弧元件严重损坏导致最后一次开断失败，是造成事故的直接原因。

为避免同类事故再次发生，建议如下：

（1）立即在雷电多发地区增设线路出口避雷器，优化避雷线保护角，防绕击雷。

（2）在雷电天气断路器跳闸而又不能立即送电时，跳闸后尽快拉出小车（或拉开线路刀闸），防止雷击断路器断口。送电时，推入小车（或合上线路刀闸）后尽快合断路器。此种情况下投入重合闸应更有利于电网、设备的安全。

（3）坚持开展真空断路器真空度测试，防止真空度降低造成灭弧室开断失败。

随着国民经济的发展和人民物质文化生活水平的不断提高，人们对电力的需求量愈来愈大，促使电力事业迅速发展，电网不断扩大，用户对供电质量和供电可靠性的要求也越来越高，同时也要求电力供应部门提供安全、经济、可靠和高质量的电力。高压断路器在供电可靠性方面起着至关重要的作用，细小环节处理不当也可能引发严重后果，应予以高度重视。