劉天宇,劉志林,劉濤瑋,杜 鑫,張澤輝
(1.內(nèi)蒙古電力(集團)有限責任公司內(nèi)蒙古電力科學研究院分公司,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020;2.內(nèi)蒙古電力(集團)有限責任公司阿拉善供電分公司,內(nèi)蒙古 阿拉善 750300)
利用真空作為絕緣和滅弧介質(zhì)的斷路器稱為真空斷路器,主要由真空滅弧室、操動機構(gòu)、傳動機構(gòu)和支撐絕緣子組成[1]。真空滅弧室真空度在1.33×10-5~1.33×10-2Pa,屬于高真空范圍,因此觸頭間的絕緣強度很高。真空斷路器燃弧時間短,電氣壽命比較長,觸頭開距和行程小,操作能量小,機械壽命也比較長,因此廣泛應用于35 kV及以下斷路器。
隨著電網(wǎng)容量不斷增加,并聯(lián)電容器操作也越來越頻繁,由此產(chǎn)生的操作過電壓時有發(fā)生?,F(xiàn)行規(guī)程[2]規(guī)定電容器組應使用無重擊穿開關(guān),但是大量試驗數(shù)據(jù)表明[3-5],35 kV真空斷路器平均重擊穿率達5%~10%。阻容過電壓保護器可以有效減小負載特征阻抗和振蕩頻率,增大重燃衰減系數(shù),降低重燃過電壓幅值。
2021年8月30日,某220 kV變電站341間隔電容器保護裝置過流Ⅰ段、Ⅱ段保護動作,隨后1號主變保護裝置低壓側(cè)復壓過流Ⅱ段時限動作,引起1號主變高壓側(cè)及低壓側(cè)跳閘。
經(jīng)現(xiàn)場檢查,1號主變外觀未見異常,201斷路器、301甲、301乙開關(guān)柜外觀無異常;341開關(guān)柜阻容過電壓保護器B相頂部炸裂;341間隔真空斷路器B相、C相真空泡有多處放電痕跡,B相連接排上有金屬噴濺物,C相側(cè)開關(guān)柜柜體有明顯放電燒蝕痕跡。
341間隔真空斷路器型號ZN65A-40.5,出廠日期為2006年4月,投運日期為2007年3月。截至2021年7月,341間隔真空斷路器例行試驗結(jié)果均滿足關(guān)于DL/T 393—2010《輸變電設備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》規(guī)定[6]。
由于本次故障引起1號主變高低壓側(cè)跳閘,根據(jù)1號保護裝置動作情況分析,折算一次故障電流最高為10 400 A,因此需要對1號主變進行診斷性試驗。
a.絕緣油色譜試驗
絕緣油色譜試驗結(jié)果見表1。根據(jù)DL/T 393—2010《輸變電設備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》規(guī)定,C2H2、H2、總烴含量均在規(guī)程要求范圍內(nèi),說明絕緣油色譜試驗結(jié)果合格。
表1 絕緣油色譜試驗結(jié)果 單位:μL/L
b.繞組各分接位置電壓比
1號主變繞組各分接位置電壓比試驗結(jié)果見表2。根據(jù)DL/T 393—2010《輸變電設備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》,額定分接位置初值差不超過±0.5%,其他分接位置初值差不超過±1%。測試結(jié)果均在規(guī)程要求范圍內(nèi),說明繞組各分接位置電壓比試驗合格。
表2 繞組各分接位置電壓比試驗結(jié)果 單位:%
c.低電壓短路阻抗試驗
1號主變低電壓短路試驗結(jié)果見表3。根據(jù)DL/T 393—2010《輸變電設備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》規(guī)定,油浸式電力變壓器繞組短路阻抗初值差不應大于±3%。測試低電壓阻抗偏差0.29%,在規(guī)程要求范圍內(nèi),低電壓阻抗試驗合格。
表3 低電壓阻抗試驗結(jié)果
根據(jù)以上變壓器診斷性試驗,本次開關(guān)柜故障引起主變跳閘,并未造成1號主變繞組變形及絕緣故障。
普通干式阻容過電壓保護器由籠式網(wǎng)狀電阻及電容單元組成,可有效抑制由并聯(lián)電容器操作引起的高頻振蕩過電壓,降低斷路器重燃率,保證并聯(lián)電容器的安全運行。
故障造成341開關(guān)柜阻容過電壓保護器B相頂部炸裂,籠式網(wǎng)狀電阻燒毀,如圖1所示。
圖1 B相籠式網(wǎng)狀電阻燒毀
阻容過電壓保護器電阻及電容單元試驗結(jié)果見表4。
表4 繞阻容過電壓保護器試驗結(jié)果
根據(jù)試驗結(jié)果表明:A相及C相籠式網(wǎng)狀電阻及電容單元均完好,試驗結(jié)果相關(guān)滿足規(guī)程要求;B相籠式網(wǎng)狀電阻已燒毀,無法進行試驗;B相過電壓保護器電容量測試值與額定值偏差較大,懷疑內(nèi)部電容單元存在燒蝕損壞。
現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn),341間隔真空斷路器B、C相真空泡存在多處放電痕跡,為了診斷真空斷路器的絕緣狀況,對真空斷路器進行了交流耐壓試驗,分別在真空斷路器分閘、合閘狀態(tài)下進行,試驗電壓為出廠試驗值的80%,即Ut=95×80%=76 kV。交流耐壓試驗結(jié)果見表5。
表5 真空斷路器交流耐壓試驗結(jié)果
交流耐壓試驗結(jié)果表明:
a.在真空斷路器A相試驗中,內(nèi)部滅弧室完好,絕緣性能良好。
b.真空斷路器B相及C相在合閘狀態(tài)下分別施加21 kV和23 kV電壓,即發(fā)生閃絡擊穿現(xiàn)象,說明B相及C相滅弧室內(nèi)部真空度已發(fā)生破壞,絕緣性能已大幅度降低,無法耐受交流耐壓試驗電壓值。
首先對341間隔阻容過電壓保護器進行拆解,利用切割機將阻容過電壓保護器縱向切開,見圖2。阻容過電壓保護器頂部一電容單元燒蝕明顯,內(nèi)部電容芯子已融化噴出且燒結(jié)為塊狀,見圖3。
圖2 阻容過電壓保護器縱向剖開
圖3 電容芯子燒結(jié)為塊狀
將真空斷路器滅弧室從開關(guān)柜體內(nèi)拆卸下來,拆開B相滅弧室瓷套管,有碳化痕跡,靜觸頭座燒蝕嚴重,被高能量放電擊穿出一個小孔,金屬融化,且金屬融化物噴濺到瓷套內(nèi)壁處,靜觸頭色澤發(fā)黑,有燒蝕痕跡及輕微金屬融化痕跡,見圖4及圖5。
圖4 B相靜觸頭座燒蝕嚴重
圖5 B相靜觸頭燒蝕痕跡
A相滅弧室光潔如新,無放電燒蝕痕跡,與交流耐壓試驗結(jié)果相對應,滅弧室完好無損。C相滅弧室同樣存在靜觸頭座燒蝕現(xiàn)象,靜觸頭色澤發(fā)黑。三相滅弧室拆解對比,見圖6。
圖6 三相滅弧室拆解對比
341間隔阻容過電壓保護器已運行近15年,據(jù)了解,運維單位2014年后未對阻容過電壓保護器進行預防性試驗。B相籠式網(wǎng)狀電阻及頂部電容電元燒毀炸裂,根據(jù)故障錄波圖顯示,故障首先造成B相、C相兩相短路,瞬間發(fā)展為三相短路,可能是由電容單元芯子融化噴濺導致開關(guān)柜內(nèi)發(fā)生相間短路及三相短路故障。
根據(jù)真空斷路器設備解體情況分析,B相及C相真空斷路器滅弧室內(nèi)存在放電燒蝕痕跡,懷疑本次故障前真空斷路器內(nèi)部真空度已下降,導致絕緣性能降低。根據(jù)交流耐壓試驗結(jié)果,雖然B相、C相真空斷路器內(nèi)部真空度已破壞,但是依然可以耐受20 kV左右的電壓,所以運行中未發(fā)生擊穿,由于阻容過電壓保護器電容芯子融化噴濺才導致本次故障發(fā)生。該真空斷路器已運行近15年,可見阻容過電壓保護器可以有效抑制由并聯(lián)電容器操作引起的高頻振蕩過電壓。
解體過程中還發(fā)現(xiàn),341開關(guān)柜相間凈距僅為250 mm,不滿足國家能源局《防止電力安全生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》[7]中關(guān)于40.5 kV開關(guān)柜空氣絕緣凈距不小于300 mm的要求。
a.普通干式阻容過電壓保護器可有效抑制由并聯(lián)電容器操作引起的高頻振蕩過電壓,其應按周期開展巡檢及例行試驗,對電阻值及電容量進行測試,防止內(nèi)部電容單元擊穿導致故障發(fā)生。
b.對于35 kV及以下投切電容器組的真空斷路器,例行試驗應進行交流耐壓試驗,以檢測真空斷路器的真空度。
c.物資采購部門應嚴格落實反措要求,加強開關(guān)柜設備的采購驗收,將反措涉及內(nèi)容納入到技術(shù)規(guī)范書中,杜絕出現(xiàn)空氣絕緣凈距不滿足要求的情況。
d.加強并聯(lián)電容器裝置用斷路器選型管理工作,投切并聯(lián)電容器用斷路器必須選用開合性能滿足C2級、機械壽命滿足M2級的真空斷路器或SF6斷路器。