多重雷擊引起220kV斷路器損壞的事故分析

摘要：介紹220kV線路雷擊故障，雷電波侵入220kV變電站內，引起220kV斷路器斷口絕緣擊穿，導致斷路器內部損壞。建議開展110kV、220kV SF6斷路器雷電沖擊、反極性工頻聯合電壓試驗，并在強雷地區變電站110kV、220kV架空出線側加裝避雷器保護。

關鍵詞：斷路器 SF6氣體分解物 多重雷擊 擊穿

1 概述

變電站是電力系統防雷的重要保護設施，如果發生雷擊事故，將造成大面積的停電，嚴重影響社會生產和人民生活。因此要求變電站的防雷措施必須十分可靠。

雷擊的來源，一是雷直擊于變電站的設備上，變電站對于直擊雷的保護一般采取裝設避雷針或采用沿變電站進線段一定距離內架設避雷線的方法解決。二是架空線路的雷電感應過電壓和直擊雷過電壓形成的雷電波沿線路侵入變電站，是導致變電站雷害的主要原因。

保定市區附近的雷電活動屬中等頻度，每年在40個雷電日左右，2010年發生了因為線路遭受多重雷擊導致220kV線路斷路器斷口內部損壞的故障。現對該故障的過程和原因做簡單介紹和分析，以供參考。

2 故障經過

2.1 故障基本情況

2010年8月31日21時00分49秒受當時保定市區附近惡劣天氣的影響，220kV富南Ⅰ線A相遭受雷擊形成瞬間接地故障，220kV南郊變電站2213斷路器保護動作，跳開A相斷路器，成功開斷故障電流后，2213斷路器A相斷路器處于熱備用狀態。220kV南郊變電站2213斷路器A相跳開156ms后，220kV富南Ⅰ線A相再次遭受雷擊，2213斷路器A相再次出現約12ms的故障電流，220kV富南Ⅰ線兩套保護分別三跳、永跳出口，2213三相斷路器跳開。

2.2 繼電保護動作信息

0ms 220kV富南Ⅰ線A相故障發生，故障電流220kV南郊變電站側最大有效值為26kA，220kV富昌變電站側為1.9kA。

15ms 220kV南郊、富昌變電站RCS931BM差動動作。

25ms 220kV南郊、富昌變電站PSL603GC差動動作。

48ms 220kV富南Ⅰ線A相故障滅弧，220kV南郊變電站2213斷路器A相成功切除故障電流。

204ms 220kV南郊變電站2213斷路器A相再次出現故障電流，最大有效值為18kA。

223ms 220kV南郊變電站RCS931BM非全相再故障三跳（在跳閘邏輯中）。

236ms 220kV南郊、富昌變電站PSL603GC非全相再故障永跳（在差動保護邏輯中）。

252ms 220kV南郊變電站2213斷路器A相故障電流自行消失。

260ms 220kV富昌變電站RCS-931BM收遠跳動作三跳。

300ms 220kV南郊、富昌變電站PSL603GC收遠跳動作三跳。

分析表明，全部繼電保護動作正確，繼電保護動作時序見圖1。

2213斷路器為蘇州AREVA高壓電氣有限公司產品2007年5月生產的GL314-252型產品，2007年11月投入運行。該220kV斷路器以往試驗數據合格，且未曾發生漏氣等缺陷。

220kV富南Ⅰ線基本參數：與220kV富南Ⅱ線全線路同塔并架，2007年11月投入運行，起點為220kV富昌變電站，終點為220kV南郊變電站，共計36基桿塔，全長10.247公里，全線路無換位，導線型號為2×LGJ-300/25，地線型號為OPGW，JLB4-150，耐張串絕緣配置為XWP2-120 18片，懸垂串絕緣配置為FXBW-220/100，排列方式為垂直排列，相序為上部B相、中部A、下部C相，防雷保護角為設計不大于15度。

3 故障檢查

3.1 變電站內檢查

檢修人員到達現場后，檢查2213斷路器外觀，無異常。試驗人員對2213斷路器進行SF6氣體分解物分析，結果發現A相H2S含量111.2μL/L，SO2含量35.5μL/L，B、C兩相H2S和SO2含量均為零，可見A相SF6氣體分解物含量遠遠高于B、C兩相。另外，2213斷路器A相SF6氣體含水量為220μL/L，低于300μL/L的標準值。

3.2 線路檢查

專業人員現場檢查發現，220kV富南Ⅰ線33號耐張塔A相引流線懸垂合成絕緣子、32號直線塔A相懸垂合成絕緣子（雙串）有雷擊放電痕跡，分別見圖2和圖3。

3.3 斷路器解體檢查

2213斷路器返廠解體后，發現滅弧室內有大量白色粉末，見圖4，并有灼燒痕跡，見圖5。

4 原因分析

雷電定位系統顯示故障發生時段30-33號塔落雷2次，結合外觀檢查、解體檢查、故障錄波圖及SF6氣體分解物測試結果，對該220kV斷路器損壞原因進行分析，故障原因如下：

4.1 第一次出現故障電流

根據錄波圖及線路查線結果分析，220kV富南Ⅰ線33號耐張塔遭受雷擊造成絕緣子表面閃絡，故障電流為26kA，持續時間50ms，2213斷路器A相成功切除故障電流。

4.2 第二次出現故障電流

2213A相切除故障電流后約156ms（此時未達到2213斷路器重合閘800ms動作出口時間，A相處于斷開狀態），該線路32號直線塔遭受第二次雷擊，上端金屬件對下端均壓環直接擊穿，同時雷電波通過線路傳遞到220kV南郊變電站內，由于雷擊點與變電站距離較短，約1.2公里，雷電波衰減幅度較小，且2213斷路器A相處于熱備用狀態，斷路器外側對于雷電侵入波來說處于無保護狀態。根據行波理論，雷電侵入波在斷路器斷口外側發生行波全反射[1]，所以斷路器斷口除承受雷電侵入波及其反射波疊加作用外，還承受母線側工頻電壓作用，極端情況下可能遭遇與侵入波反極性的工頻電壓峰值疊加作用，造成2213斷路器A相斷口擊穿，重新產生故障電流，兩套保護分別三跳、永跳出口，跳開三相斷路器。

5 預防措施

鑒于近年來保定地區雷電活動頻繁的形勢，提出如下改進措施：①對110kV、220kV變電站運行情況進行排查，按照《預防多雷地區變電站斷路器等設備雷害事故技術措施》的指導意見逐步加裝線路避雷器[2]。②根據幾種避雷器的保護特性，采用性能良好的氧化鋅避雷器[3]。這些線路避雷器除了能防止斷口內外閃絡，也可以保護母線上的其他電氣設備。③利用避雷線良好的屏蔽作用防止雷電直擊導線以及使最靠近變電站的桿塔具有低的接地電阻以防止反擊（因為這種雷的直擊和反擊可以在分閘斷路器斷口處產生波頭時間很短的過電壓）等，也能顯著地減少近區雷擊的危害。④對于110kV、220kV SF6斷路器雷電沖擊和工頻耐壓型式試驗，設備生產廠家有必要考慮斷路器在分位時斷口承受雷電波和工頻電壓作用的極端情況，提高耐雷水平。

參考文獻：

[1]魯鐵成.電力系統過電壓[M].北京:中國水利水電出版社， 2009.

[2]李汝彪，張東波.高壓斷路器雷擊損壞故障分析與措施[J].高壓電器，2008，44(5):466-468.

[3]周澤存.高電壓技術[M].北京:中國電力出版社，2004.5: 191-198.