斷路器分閘不到位故障分析與預判

母燕妮　莫永東　李翔翔　陳達　劉沖　譚經　綱亮

摘 要：真空斷路器以其安全、環保和少維護等優勢，被廣泛應用于電容器投切。但根據現場反饋，真空斷路器無法有效開合電容器而引起的事故時有發生，這就使得現場工作人員對其開合容性電流的能力提出了質疑。文章通過對一起真空斷路器分閘不到位故障的研究，結合返廠試驗數據和解體檢查情況進行綜合分析，發現因分閘反彈大引起觸頭熔焊的現象，并提出通過更換老化受損部件、進行整體排查等措施予以解決。同時，針對斷路器常規機械分合特性試驗不能全面發現運行狀態下的分合閘隱患，建議重視真空斷路器分閘反彈試驗，以保障電網安全穩定運行。

關鍵詞：真空斷路器；容性電流；分閘反彈

由于真空斷路器不存在油斷路器可能出現燃爆和SF6斷路器在燃弧時可能分解出劇毒氣體的環保和安全隱患，且結構簡單，維修方便、電壽命長、適用于頻繁開斷，近幾十年間，在電力系統的使用量超過了油或SF6斷路器。

隨著真空斷路器的現場使用量增多，其發生故障甚至引起事故的案例[1-6]也隨之增加，特別是用于投切電容器組的真空斷路器發生的概率更高。從事故分析看來，基本都由真空斷路器不能快速徹底地分合閘所引起的。文獻[2-3，7-9]從不同的角度研究了真空斷路器本身的分合閘性能，文獻[2-3，8]提到真空斷路器必須進行電壓和電流老煉試驗以及提高機械特性以改善分合閘性能，降低重擊穿率。文獻[7]分析了現有“最大允許彈跳時間的要求”的來源，證明合閘彈跳時間與真空斷路器的性能沒有直接關系。文獻[9]認為真空斷路器合閘彈跳可能會導致觸頭產生燒損甚至熔焊，而合閘彈跳時間只能在一定程度上反映真空斷路器的彈跳狀況，并不能確切地反映斷路器的性能，同時，分閘反彈量大可能導致弧后重擊穿，目前減小分閘反彈量的有效措施是加裝各類緩沖裝置。

雖然，真空斷路器無法可靠分合閘的原因以及改善措施不斷被提出，但是對現場電氣試驗人員來說，如何才能通過試驗手段，及時準確地發現隱患并防患于未然，才是保證斷路器可靠分合閘、安全運行的根本。本文研究一起真空斷路器開斷電容器組時的分閘不到位故障，通過試驗和解體檢查，追究故障原因，提出解決措施，并且建議在現行的例行試驗項目中，增加斷路器分閘反彈試驗，以期更全面地發現隱患，防止事故的發生。

1 事故現場情況

2014年8月，某110kV 變電站2#電容器斷路器在運行過程中出現一次分閘不到位現象（A、C相有電流，B相無電流），經無電手動分閘，強行使觸頭分開。該斷路器于2013年5月投運，投運時，各項試驗結果均合格。

試驗人員在現場對斷路器進行分合閘操作試驗，排查該故障是否由彈簧操作機構所引起。經過近200次的操作，結果顯示彈簧操作機構運行正常，斷路器分閘皆到位，無法重現當時分閘不到位的現象。操動機構合閘接觸器和分、合閘電磁鐵的最低動作電壓和分、合閘時間以及分、合閘的同期性均正常。但在分閘后出現短時間的尖波，如圖1所示。

由于該變電所另一臺同廠設備也出現過三相分閘不一致的情況，為進一步檢查產品的質量，對該臺斷路器進行返廠拆解檢查。

2 返廠試驗及解體檢查情況

返廠后試驗，從表1的試驗數據明顯看出：斷路器分閘反彈幅值（7.793mm）遠遠超出規程規定的小于額定開距20%的上限，其余試驗數據均滿足規程規定。

為了進一步確認分閘反彈量大的原因，對該斷路器進行解體分析。

從圖2所示斷路器滅弧室動靜觸頭的燒損情況來看，動靜觸頭有明顯的熔焊粘合現象，斷路器分閘不到位應是觸頭熔焊粘住所致。從圖3可明顯看出油緩沖器密封圈已明顯老化受損，并存在漏油現象。

3 事故原因綜合分析

觸頭熔焊的發生主要有以下幾種原因：

3.1 電阻發熱

這種方式是由接觸電阻的發熱使導電斑點及其附近的金屬融化而引起熔焊，但其發熱需要的時間長，對斷路器導電零部件的損傷極大，過程也很明顯，很容易被發現并采取相應措施，基本可以排除。

3.2 預擊穿的可能性

預擊穿產生的電弧，弧體溫度很高，使得滅弧室動靜觸頭表面有融化點，合閘時造成動靜觸頭液面接觸，冷卻后熔焊在一起。

3.3 合閘涌流的可能性

電容器組投入時的主要問題是合閘涌流。涌流的頻率較高，可達幾百到幾千赫茲，幅值比電容器正常工作電流大幾倍至幾十倍，衰減很快且持續時間很短，小于20ms。涌流過大可能造成滅弧室觸頭熔焊燒損，通常采取串聯電抗器的措施來限制合閘涌流，以減少對系統的影響。

3.4 分閘反彈大引起重燃

此臺斷路器分閘反彈大，在切除電容器時容易引起重燃，若分閘反彈過大，使得分閘時觸頭反彈至即將合閘的位置，則會導致熔焊現象，形成一定的熔焊連接力，使得當時的分閘操作無法完全斷開。此臺斷路器的故障油緩沖器經過生產廠家的解剖分析，發現內部的O型密封圈有老化現象，密封性能減弱，引起油緩沖器漏油，導致分閘反彈能量無法得到快速有效吸收，分閘反彈異常增大，引起重燃，導致熔焊現象，以致無法可靠分閘。

4 事故預控措施

（1）更換老化的密封圈，更換后，重新對此臺斷路器進行了出廠試驗，各項指標均合格，重新投運后，運行情況良好。

（2）對該廠家同批次同型號的所有真空斷路器立即進行排查，

主要進行分閘反彈試驗，并更換油緩沖器，排查中發現多臺電容器斷路器也存在類似的分閘反彈超標問題。

（3）例行試驗的機械特性測試項目中，不包括斷路器的分閘反彈試驗，因此常規的例行試驗無法發現斷路器反彈超標這個潛在的故障，且造成部分故障斷路器的故障原因難以確認。對電容器組的斷路器來說，真空泡開斷容性電流的能力較開端一般線路的感性電流的能力相對較差，容易出現分閘反彈超標引起電弧重燃，因此，對分閘反彈試驗需引起足夠的重視。

5 結束語

根據事故原因綜合分析結果，此次真空斷路器分閘不到位事故是由于油緩沖器密封圈老化導致緩沖器性能下降，分閘反彈明顯增大，觸頭熔焊，最終導致分閘不到位。為了避免事故的發生，保證電網的安全可靠運行，現場運行要求斷路器必須可靠分閘，若無法可靠分閘或分閘不到位，都可能埋下嚴重的事故隱患，常規例行試驗項目無法發現斷路器分閘反彈，若斷路器存在此故障而未被發現，則會大大增加由此而引起的重燃、熔焊等問題發生的概率，因此，在運行階段，斷路器的分閘性能尤其是分閘反彈需引起足夠的重視。

參考文獻

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