220kV和腰Ⅱ回线283断路器弧触头损伤原因分析何盛彪

220kV和腰Ⅱ回线283断路器弧触头损伤原因分析何盛彪

何盛彪

（楚雄供电局675000）

摘要：500kV和平变电站从2007年投运至今已有近10年的时间，雷雨天气发生断路器跳闸是较常见的，但是断路器跳闸后出现二次燃弧及弧触头异常的情况是第一次发生，即使是整个楚雄电网也是很少的，所以本文针对此次跳闸事件分别从一次设备和二次设备两方面进行故障原因分析和总结。

关键词：断路器；故障录波；弧触头；雷电；击穿

楚雄电网近几年发展迅速，但是主网架结构还是比较薄弱，500kV和平变电站作为西电东送的枢纽变电站，承担着南方电网公司及云南电网公司的重大使命，更是楚雄电网的主要电源点，承担着楚雄九县一市的光明，其220kV线路跳闸会对楚雄电网造成很大的影响，所以我们得不断提高自身的运维水平和事故处理效率，减少非正常停电时间。断路器是电力系统中很重要的电气设备，其可靠性直接关系到整个系统的安全稳定。此次我就针对本站的一次特殊的非正常跳闸进行分析，并提出相应的改进措施，以便在以后的处理过程中提高效率，减少停电风险。

1背景介绍

断路器简介：

生产厂家：北京ABB高压开关设备有限公司，型号：LTB245E1，机构型号：BLK222，出厂编号：30104786-02，出厂日期：2007年07月，额定电压：252kV，额定电流：4000A，额定短路开断电流：50kA，额定雷电冲击耐受电压：1050/1050+200kV，额定工频耐受电压：460/460+145kV，额定峰值耐受电流：125kA，额定短时耐受电流：3S，50kA），绝缘介质：SF6，额定气压：0.70MPa，报警气压：0.62MPa。断路器触头由主触头和弧触头组成，分闸时主触头先分开，弧触头后分开，合闸时弧触头先合，主触头后合，防止主触头损坏。

天气背景简介：

发生故障时变电站所在地区暴雨并伴有暴雷，气温10℃左右，大风。

2事件经过

2016年9月17日04时46分54秒，500kV和平变电站220kV和腰Ⅱ回线B相跳闸，重合闸成功。220kV和腰Ⅱ回线出现短路电流5.19A（0时刻），10ms时保护出口，32ms时断路器显示为分闸状态，35ms电弧熄灭故障电流被切断，94ms再次出现故障电流，1104ms故障电流消失，1135ms重合闸出口。值班员立即检查220kV和腰Ⅱ回线283断路器间隔一、二次设备无异常并向调度汇报跳闸情况。运行人员检查故障录波图发现故障相在重合前出现两次故障电流，故障录波装置显示波形异常，初步判断220kV和腰Ⅱ回线B相可能出现故障，当值值班长向分管领导汇报异常情况。

3原因分析及结论

3.1检查情况

（1）输电线路部分检查经过和检查情况

04时46分54秒，220kV和腰Ⅱ回线主一、主二差动保护、距离保护、零序保护动作跳闸，B相故障，保护测距12.2km,录波测距测距13.8km,重合闸重合成功，雷雨天气。

04时51分，输电所接到线路故障信息后，结合故障时间，测距及雷电定位等信息，初步判断为雷击导致线路跳闸。对220kV线路#20至#26段带电登检，发现#22直线塔B相复合绝缘子有放电闪络痕迹，均压环因雷击变形。现场测量#22杆塔接地电阻为5.2Ω，#21和#23塔接地电阻为6.5Ω与7.1Ω，满足设计要求。

#22杆塔附近落雷信息：#22杆塔附近该时间段共4次落雷（另有#25—#26段间落雷一次）。第一次雷击时间与开关跳闸时间一致。两次雷击时间差41ms，与第二次故障电流时间一致。

（2）变电一次部分检查经过和检查情况

现场检查220kV和腰Ⅱ回线283断路器间隔外观无异常，开关操作机构内部良好，开关本体外观表明清洁，干净，无异常。线路避雷器B相计数器增加计数一次。进行SF6气体成分分析试验，根据试验结果分析发现220kV和腰Ⅱ回线283断路器B相存在SO2与H2S，而且SO2为100.3μL/L，H2S为26.43μL/L，远远大于规程标准（规程要求SO2不超过3μL/L,H2S不超过2μL/L）。而从回路电阻试验试验数据可以看出，与历年相差不大，在规程要求值之内，所以开关主动静触头接触应该完好。

表1:283断路器SF6气体成分分析试验

在检修班对283断路器进行机械特性试验，合闸时间A相25.2ms，B相28ms，C相24.7ms，分闸时间A相15.65ms，B相12.1ms,C相15.2ms,(标准值：合闸时间小于等于28ms，分闸时间为17土2ms；同期合闸时间小于等于5ms，同期分闸时间小于等于3ms)，虽然机械特性试验根据特性试验结果分析符合标准值，但B相合闸时间高于其它两相3ms左右，分闸时间又低于其它两相3ms左右。由于B相主回路电阻为44.5μΩ，与其它两相（A相43.7，C相44.6）相差不大，且符合标准值，综合判断有可能由于电弧导致弧触头部分烧损。

表2:283断路器分合闸实验数据

（3）变电二次部分检查经过和检查情况

主一保护：04时46分54秒，B相接地出现短路电流5.19A（0时刻），经10m差动保护出口三相跳闸，32ms时断路器显示为分闸状态，35ms电弧熄灭故障电流被切断，94ms再次出现故障电流，1104ms故障电流消失，1135ms重合闸出口

主二保护：04时46分54秒，B相接地出现短路电流5.19A（0时刻），经10ms差动保护出口三相跳闸，32ms时断路器显示为分闸状态，35ms电弧熄灭故障电流被切断，94ms再次出现故障电流，1104ms故障电流消失，1135ms重合闸出口

根据现场保护装置信息，录波信息，监控后台信息及保信子站相关信息进行综合分析，排除了保护误动的可能，保护动作正确。

（4）断路器分闸机构行程分析

断路器断开时，存在断口回弹，回弹将导致瞬间断口缩小，通过实验：40ms~87ms触头缓冲回弹，约66ms时回弹量最大为17.4mm，断口击穿时距开关动作时间为65.8ms，此时断路器开距为：160mm-17mm=143mm。据此可知，当回弹瞬间，瞬时断口的距离在正常断口时减少了10%。当绝缘介质相同时，被击穿的可能性增加。

3.2结论

通过对现场查看情况，试验情况及解体的情况的分析，断路器故障前运行工况正常，排除断路器缺陷引起的故障。结合故障录波（见图五），雷电定位系统报文，故障过程及原因分析如下:

(1)线路B相遭受两次雷击，线路接地，经10ms差动保护出口三相跳闸，经32ms时断路器完全断开，35ms时电弧熄灭故障电流被切断。

(2)第一次断口击穿：断路器开断短路电流59ms后（断口绝缘尚未恢复，一般分闸后300ms恢复绝缘）又遭雷电波冲击，断口击穿，断路器通过能自腔加热气流灭弧。

(3)第二次断口击穿：金属蒸汽导致断口击穿，断路器通过能自腔加热气流灭弧。1104ms故障电流消失，1135ms重合闸出口，重合成功。

因此得出结论：断路器在分闸弹跳过程中由于遭遇二次雷击，造成断路器内部绝缘击穿、弧触头烧损，为了电网安全需尽快对断路器极柱进行更换。

4.结论验证及经验总结

4.1结论验证

对更换下来的B相极柱进行解体，发现灭弧室有大量白色粉末，证明发生过电弧放电，静弧触头烧伤发黑，动弧触头融化消失（融化至拉杆接口），动、静主触头无烧损，动弧触头上的保护罩喷嘴变形脱落，由此验证结论完全正确。

4.2经验总结

（1）断路器跳闸后故障录波异常时要引起重视，深入进行分析，防止设备损坏给电网安全带来影响。

（2）设备选型时应应尽量选用大电流参数，充分发挥自能腔灭弧能力。

（3）研究断路器开断过程中，缓冲回弹行程对断路器冲击耐压水平的影响。

5.处理结果

对220kV和腰Ⅱ回线283断路器B相极柱进行更换。

参考文献

[1]刘兆林.雷击引起的高压断路器故障分析[J].高压电器,2009.

[2]施中郎.带电开口运行断路器雷击事故分析及防范措施[J].电力设备,2005.

[3]ABB断路器产品手册.