110KV断路器雷击故障损坏原因分析

110KV断路器雷击故障损坏原因分析

郝忠斌

国网山西省电力公司太原供电公司变电检修室，山西省太原市 030000

摘要：随着经济和各行各业的快速发展，雷击侵扰是导致变电站断路器误跳闸的主要原因之一。雷电过电压可分为感应雷过电压和直击雷过电压，感应雷一般会在线路上产生几百千伏的感应过电压，对于电压等级较高的变电站(110kV及以上)不会有很大影响;而直击雷的危害性却非常大，因此直击雷的防护是变电站防雷保护的重点。通常直击雷对二次回路的干扰也可分为两种:一种是雷击避雷器、高压线路时引起的绝缘子闪络，会在线路上产生高频的暂态过电压，该电压通过电感耦合的方式(即通过CT、PT等互感器)传递到二次回路，影响其正常工作。一种是雷电流经避雷器、杆塔等设备的接地装置入地，导致二次回路接地点的地电位急剧变化，引发地电位反击。

关键词:断路器；雷击损坏；故障分析

引言

按现行的绝缘配合要求，线路连续落雷后作用在断路器断口上的过电压可能会超过其耐受水平，断路器将无法承受这种故障工况。在断路器的进（出）线侧安装避雷器可有效地防止故障出现，如变电站内无安装位置的话，可在线路终端塔上安装带间隙的线路避雷器。国产断路器与合资或进口产品相比，无论是结构尺寸还是绝缘距离均以国内产品为优，建议今后对多雷区使用的设备，在采购选型中应充分考虑这些因素。

1事故概述

110kV608断路器为LW15-252/3150-50型，2004年6月出厂，编号为023，2005年1月投运。2008年5月8日为雷雨天气，根据雷电定位系统统计，14时39分至15时19分共发生40余次雷击。14时59分58.050秒110kV空王II线因雷击造成C相故障，故障录波显示最大故障电流约10kA，20ms后该线路断路器608两套快速保护分别出口，C相断路器分闸，再过约40ms故障电流消失，保护动作节点返回（即此时608C相确已分闸）；再过约380msC相又出现故障电流，紧接着608两套保护分别三跳、永跳出口，A、B两相断路器跳位节点出现即三相分闸，但C相故障电流仍未消失，608“启动失灵”保护出口动作（即608三相分闸但未能切除故障），导致再过约780ms600母联分闸，980ms后614叶王II线分闸，此时608故障电流才消失，最终造成110kVII母失压。事故后经巡线发现，在距该变电站1.78km的空王II线51号杆C相绝缘子有明显雷击放电痕迹（空王II线共57极杆）。

2绝缘击穿的原因

综合以上情况，可以推测：空王II线首先遭近区雷击，608断路器C相分闸，在重合闸保护启动前，再次遭受雷击，造成断路器断口在热备用情况下击穿，由于线路存在永久性接地故障，使得C相故障电流重燃，最终造成灭弧室烧损。该次事故中断路器内绝缘先于外绝缘发生闪络，这与现行的设计原则是矛盾的。其中有几点原因值得引起注意：（1）2008年冰灾期间断路器多次发生故障分闸，对灭弧室产生了一定的烧损，并有大量分解物存在，形成了绝缘隐患。（2）雷电波波头较陡，且在断口发生全反射并与工频电压叠加，而断路器灭弧室内SF6气体刚开断完故障电流后由于受热膨胀，再加上粉尘悬浮物的存在，极有可能造成断口绝缘强度的降低，甚至击穿。（3）常规的试验手段无法检测及判断出灭弧室的烧损严重程度。

3解决措施

3.1避免雷击产生的浪涌电压通过中间继电器

可在中间继电器的电源入口处安装具备防浪涌电压功能的保护器件(如瞬态电压抑制二极管、金属氧化物压敏电阻等)，令地电位反击产生的电压迅速被旁路，避免中间继电器误动。112断路器分闸后,线路故障切除,母线电压恢复约20ms。第二次雷击击中110kV温长线5#杆C相,雷电波侵入变电站,由于112断路器已开断,断口的线路侧失去母线避雷器保护,1124旁路刀闸已在断开位置,线路侧支柱绝缘子随着112断路器的开断也失去母线避雷器保护,雷电波到达断口后的正反射使站内112断路器C相断口外绝缘闪络、1124刀闸C相外绝缘闪络。此时,温泉变110kV母线C相通过112开关C相断口外绝缘、1124隔离开关C相靠母线侧支柱绝缘子接地。由于接地点在线路电流互感器外侧,故障性质仍为线路故障,该过程持续约320ms。1124隔离开关对地雷电冲击电压为550kV,LW6-126型断路器雷电冲击全波电压(1.2/50μs峰值)550kV。由于110kV温长线112开关C相上、下接线板之间(断口外绝缘)击穿,在C相开关附近有金属蒸汽,导致112开关B、C相间发生短路。此时故障性质从线路故障转为母线故障,112开关B、C相间发生短路10ms后,母差保护动作,跳开I段母线上所有的连接元件。从第一次线路雷击故障到母差保护跳闸,整个过程持续395ms,所以110kV温长线112开关重合闸未动作。

3.2抑制地电位差

(1)尽量降低不同接地点之间的电阻，如通过安装铜排的方式把各接地点连接在一起，防止雷电流在地电阻上产生较大的压降。(2)如果电缆芯线上同时存在两个接地点，则电缆会与接地网之间形成闭合回路，地电位差产生的电流可能会穿入该闭合回路，进而致使中间继电器误动。因此要保证有电气连接的回路中只有一个接地点。(3)离雷电流入地点越远，电位变化程度越低，可尽量使二次回路接地点远离避雷器。(4)在雷电流入地点(避雷器接地点等)安装多根接地线，使电流分流，降低各点地电位的变化程度。

3.3改进防雷保护措施

(1)安装人工垂直接地体，减少雷电流在水平导体上的散流量。(2)保证防雷接地电阻的阻值小于1Ω，可通过接多根引下线的方式降低冲击接地电阻。(3)按电力部门颁布的规程要求，防雷接地网必须与其它接地体之间的距离不得小于3m，有条件的变电站可以单独敷设防雷地网，与工作接地分开。一般情况下，外闪如没有伤及伞裙或端部法兰被电弧烧灼不严重，瓷套可以再利用，而内闪后瓷套内壁将会有损伤，不主张再利用。但定开距的灭弧室情况却相反，电弧仅在绝缘筒内燃烧，瓷套的内壁几乎没有影响，瓷套有可能再利用。如前所述，防止雷击最有效的措施是改变目前的绝缘配合状况，加装断路器进（出）线侧避雷器。站内有条件时，避雷器可就近在母线构架下安放；对老旧变电站如无多余的空地，可考虑采用带间隙的线路避雷器，安装在线路的终端塔上。带间隙的优点是避雷器在正常运行中没有荷载，相应的使用寿命可得到延长。此外从断路器选型上考虑，应采用那些外绝缘尺寸和绝缘水平裕度大的产品。

结语

由于线路杆塔接地装置被盗,加上变电站出线无避雷器,所以在两次间隔很短的雷电均击中同一条线路情况下导致断路器和隔离开关损坏。对地处山区且雷电活动频繁的变电站,应在各出线上加装避雷器,并加强线路巡视工作,适当提高设备防雷水平。分析了地电位反击造成中间继电器误动进而致使断路器无故障跳闸的几种情况。并基于以上分析给出了相应的改进措施。

参考文献

［1］汤磊.变电站二次回路抗干扰问题研究［D］.济南:山东大学，2009.

［2］温昶，马艳宁.建筑防雷设计中的地电位反击保护［J］.陕西建筑2005，121:5～8.

［3］马福.雷击变电所地电位干扰及防护措施研究［D］.长沙:长沙理工大学，2009.

［4］赵喜军.地电位反击的机理及继电保护产品的防雷设计［J］.船电技术，2010，30(3):60～62.