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真空断路器爆炸导致主变烧毁案例解析发布时间:2018-12-21?|?来源:上海上硕电气有限企业

概述:

巴东县电力企业所辖的一座35kV变电站,在一次倒闸操作中,出现10kV真空断路器爆炸,导致主变烧毁的事故,笔者参加了安全事故调查分析处理,现对事故的现场进行先容和分析,探讨事故的真正原因。

关键词:真空断路器爆炸,主变烧毁,案例

1、发生真空断路器爆炸事故的变电站基本情况:

该站是巴东县电网中一座建设规模比较小、主变容量较小、地理位置比较偏远的35kV变电站。

(1)该变电站配备一台主变,型号为S9-1250/35;

(2)35kV进线通过户外隔离开关直接接到35kV高压开关柜,10kV出线共四回,高压设备全部采用的户内高压开关柜,主变高压开关柜型号是:KYN10-40.5金属封闭铠装移动式高压开关柜。主变10kV出线开关柜型号是:XGN2-10。综合自动化设备(保护设备、监控系统)采用Builder系列设备。

(3)该变电站按少人值班形式设计安装。

2、事故的经过及其处理:

事故前的运行方式:

事故前,系统正常运行。

该站35kV、10kV母线、主变均正常运行,该站3条10kV出线对外供电,一条10kV线路因机械闭锁故障待检修后供电。事故前主变实际负荷200kW左右。

事故过程及处理:

据当班人员先容:事故发生日15:40左右,因10kV出线2的开关柜机械闭锁故障,需要停电检修,因处理故障时与10kV母线安全距离不够,为了保证安全,需要将主变低压侧断路器跳开,值班人员先跳开10kV101断路器,在拉开1011隔离开关后,突然听见该开关柜内有“吱吱”的放电声音,接着发生震耳的爆炸声和强烈的电弧光,开关柜内火光冲天,整个高压室内烟雾弥漫,数秒钟后,主变发出刺耳的尖叫声,主变压力释放器动作喷油,持续数秒钟后,上一级变电站线路速断保护动作跳闸,将该故障设备退出系统,导致全站供电中断。值班人员迅速拉开35kV进线隔离开关,关闭全站所有直流电源,并将有关事故情况迅速上报调度及企业各级领导。

事故以后,对事故现场进行了认真的检查:

1、事故造成主变低压侧开关柜彻底报废:101断路器真空泡爆炸(断路器在开位,开关的动、静触头间没有发现因分断容量不够所造成的电弧熔化的痕迹)、1011隔离开关(在开位、没有明显的带负荷拉合隔离开关电弧烧毁的现象)及引线灼伤;

2、主变低压侧开关柜内10kV电流互感器及101断路器下端母排及支撑瓷绝缘子灼伤;

3、1019接地开关三相的动静触头的尖端烧伤较为严重,10kV高压电缆没有受到损伤;

4、事故造成主变彻底烧毁(主变喷油、主变箱体严重变形、测试绝缘高低压绕组对地绝缘为零、低压绕组B相已经熔断);

5、事故后,认真检查了后台监控装置,找寻有关故障前的运行状况和事故信息;

6、因通讯系统失灵导致事故时,没有记忆到任何事故信息和故障前的运行状况;

7、据值班员反应已经长时间没有正常工作。

3、事故原因探析:

对事故后设备的现场进行了认真的检查分析:

(1)发现事故的原因主要是由于主变10kV侧断路器真空泡爆炸,造成相间闪络而导致三相弧光短路,因为保护装置没有可靠动作,导致事故扩大,烧毁主变。于是现场提出了几个疑点,并展开分析调查;

(2)事故发生时,变电站主变主保护及后备保护没有动作;

(3)真空断路器三相同时爆炸,造成三相短路。

3.1、事故发生时该站主变主保护及后备保护没有动作:

变电站的保护配置:

(1)主变主保护,配有差动、瓦斯保护。主变高压侧配置过电流后备保护。应该说,保护配置能满足要求。

(2)这次事故的故障点出现在差动保护区内,首先差动保护应该可靠动作,后来事故扩大,主变重瓦斯保护应该可靠动作,相应的后备保护也应该可靠动作。

(3)首先对现场保护装置进行了检查。检查中发现保护装置已经可靠动作,而且保护装置还发有保护动作信号(包括主变差动、瓦斯、主变后备的速断、过流),可是主变高压侧断路器并没有可靠断开。

(4)于是又对断路器控制回路进行了全面的检查,检查中发现全站所有保护装置的控制电源全部消失,经检查总控制电源的负极(-KM)保险烧毁。

(5)换上以后,全站保护装置的控制电源恢复。

(6)经分析,这个保险熔练并不是在事故中烧毁的,而是在事故前已经烧毁,如果假设是在事故中有短路导致保险烧毁的,那么在换上以后还应该继续烧毁。

(7)且在恢复控制电源后,做主变高压侧断路器(31断路器)传动试验,断路器可靠动作。

(8)由此证明保护装置在事故时可靠动作,而没有可靠传动断路器的主要原因是控制电源消失。同时在当时的检查中发现,变电站的综合自动化装置的后台监控装置因通讯中断,处于瘫痪状态。没有能查出控制电源消失的具体时间。

3.2、真空断路器三相同时爆炸,造成三相短路:

真空断路器爆炸的原因有两点:

原因之一:

(1)真空泡存在质量问题。真空断路器在开断电流时,由于灭弧室本身的原因,当电流从峰值下降尚未到达自然零点时,电弧熄灭,电流被突然中断,这种现象就是平时所说的截流过电压。

(2)由于电流被突然中断,电感负载上所残留的电磁能量就会产生过电压。

(3)这种由于产品质量问题而引起的事故,据大量真空泡故障事件证明,一般只有单只真空泡由于工艺不过关使真空度达不到要求,而引起破裂的可能性较多外,三相同时炸开并形成强有力的爆炸,这种几率较少。

(4)在一年一度的设备试验中没有发现任何缺陷,事故后又对站内的其它真空断路器进行了检测,没有发现任何问题。

(5)事故后对断路器进行了认真的检查,在断路器的动、静触头间没有发现因分断容量不够所造成的电弧烧伤的痕迹。

(6)而且从现场的痕迹来看,事故并没有出现在断路器分开的瞬间,而是发生在1011隔离开关拉开后。

(7)更何况当时断开断路器时基本上是空载,所以说这种可能性很小。

原因之二:

(1)在事故或故障时,发生间歇性放电,产生过电压,导致真空断路器真空泡爆炸。

(2)在事故发生前,系统内没有任何故障,系统运行正常(从当时调度的运行资料可以看出)。

(3)出现故障应该是在站内,于是认真检查了事故现场,发现1019接地开关安装在断路器与主变之间(见主接线图),接地开关的分合只要断路器及隔离开关分开以后,不考虑主变高压侧断路器是否断开,就可以任意分合。

(4)当时就怀疑值班人员误合了1019接地开关,但是考虑到如果是误合1019接地开关就会造成三相短路,烧毁接地开关,同时真空断路器因在电源和接地开关的外侧,不应该受到很大的伤害。

(5)而在现场的实际情况是断路器烧毁的情况特别严重,而1019接地开关受到的伤害比较轻。于是这起事故的分析出现了比较大的分歧。但仔细观察1019接地开关烧伤的情况,虽然没有发现1019接地开关有明显的带电合接地开关的烧毁痕迹。

(6)但1019接地开关三相的动静触头间的尖端烧伤较为严重,三相的动静触头间的尖端出现明显的弧光融化的迹象,推测有可能是值班人员对现场设备不太熟悉。

(7)在拉开1011隔离开关后,错误的认为1019接地开关安装在断路器靠母线侧,于是慢慢地操作(合上1019接地开关),待合上一定距离,1019接地开关的静、动触头间击穿放电,这时候值班人员听见有“吱吱”的放电声音,便停止操作,这时由于三相同时对地放电,引起三相闪络,产生过电压,导致真空断路器三相真空泡爆炸,最终造成三相弧光短路。

(8)因保护不能可靠动作,导致事故进一步扩大。

(9)而在事故后,值班人员又将1019接地开关恢复到断开位置,给现场检查人员造成假象。

(10)查阅了有关资料和咨询厂家技术人员,认为这种可能性比较大。

(11)虽然询问值班人员,没有承认操作过接地开关,但问及这接地开关的作用时值班人员没有回答出来。

(12)从现场分析和口述完全有这种可能。

(13)真空断路器应该说还是近10年来刚刚得以迅猛发展的产品,虽说过电压问题已搞得比较清楚,但对于具体的现场而言,情况要复杂得多,故以上分析仅供参考。

4、事故的总结:

4.1、该站的安装设计存在严重缺陷,为事故的发生埋下了危机:

主变二次侧的高压开关柜设计选型错误,没有可靠机械措施或电气闭锁装置来闭锁1019接地开关。该型号的开关柜(型号:XGN2-10)不能用于电源进线柜,只能用于单侧电源出线开关柜。如果现场已经采用,必须安装可靠的闭锁装置。站内直流电源保险配置严重不合理。支路保险和总保险型号选择没有区别,有时甚至出现总保险的额定电流小于支路保险的情况。正常时直流电源保险应该分级配置,不应该存在支路有问题就烧毁总保险的现象。

4.2、现场运行维护及管理措施严重不力,导致设备在无监管状态下运行:

没有完善的运行规程。在运行规程和运行值班员上岗培训中没有明确提出现场的“危险点”运行注意事项。值班人员安全意识、责任心欠缺,对现场设备不熟悉,控制电源消失时,不能及时发现,更不能及时处理。后台监控装置长期不能正常运行没有及时发现和处理。事故的判断和处理能力差,事故发生后没有及时手动跳开主变高压侧断路器措施(31断路器),导致事故继续扩大。值班人员违反“两票四制”规定,没有严格实行操作票制度。

4.3、系统的运行方式需重新考虑:

(1)保护配置不够严密完善。

(2)事故最后是靠上级变电站的线路速断保护动作切除的。也就是说,该事故是在一再扩大,一直发展到主变高压侧故障时,上级变电站出线的电流速断保护动作才切除故障点。

(3)上级的保护的实际配置是三段过流。

严格说,线路的电流、速断保护,应该只能保护线路的80;限时电流速断保护,用来切除线路上速断范围以外的故障,可以延伸到下级的一定范围内,同时也能作为速断的后备保护。

(4)定时限过电流保护,其起动电流按照躲开最大负荷电流来整定。

(5)如果各段之间的定值整定配合比较严密完善,限时电流速断保护或定时限过电流保护,在故障的开始就起动,虽然延长一定时间(现场的实际过电流时间只有1.5s)动作,可以将损失减低到最低限度。

5、反事故措施及整改方案:

(1)事故后重新对主变二次侧断路器进行选型。

(2)选择了高压开关柜型号为:XGN2-10(方案代号:30Z),并重新配置比较完善的闭锁装置。

(3)加大对设备的运行和维护工作:首先,应加强对真空断路器的维护、保养,尤其是真空断路器的预防性试验和断路器机械特性的测量工作。

(4)定期进行断路器真空泡真空度的检测工作。

(5)运行人员巡视时,应注意断路器真空泡外部是否有放电现象。

(6)检修人员进行停电检修工作时,必须进行同期、弹跳、行程、超行程等特性测试,以确保断路器处于良好的工作状态。

(7)其次,是加大综合自动化装置的运行、维护力度,直流电源保险实行分级配置。

(8)运行人员若发现分合闸指示灯不亮,应及时处理,主要检查控制电源保险及分合闸回路是否断线;

(9)定期对断路器进行低电压分合闸试验,以保证断路器可靠动作。

(10)再次,完善现场运行规程。结合现场实际情况重新完善运行规程,规程中要特别注明现场运行注意事项及简单的故障处理。

(11)加强职工培训,加强现场反事故演习训练。

(12)目前虽然各单位职工培训都投入了相当大的力度,但实效并不理想。

(13)常常出现“高投入,低产出”的低效状况。建议从以下方面着手:

·制定长期、系统的培训计划;

·培训内容、形式与生产实践紧密结合;

·加强对培训对象的需求有针对性。

这次事故发生后,应在主变二次侧加装故障录波装置,有利于故障原因的剖析。


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