雷擊導致110 kV開關斷口擊穿故障分析和思考

鐘如意，潘坤年

雷擊導致110 kV開關斷口擊穿故障分析和思考

鐘如意，潘坤年

（廣東電網有限責任公司陽江供電局，廣東 陽江 529500）

介紹了廣東電網陽江供電局發生的一起110 kV開關因雷擊導致斷口擊穿的故障、發生的整個過程，開展了事故跟蹤處理。通過對開關解體的處理，確定線路開關遭受雷電沖擊斷口擊穿的原因，提出在架空線路開關線路側加裝避雷器的防范措施。

雷擊；開關；斷口；擊穿故障

1 故障過程

故障前運行方式：110 kV奕垌站110 kV 1M、2M并列運行，110 kV隨奕線、#1變高掛110 kV 1M運行，#2變高掛110 kV 2M運行。110 kV東奕線由110 kV東城站充電，作為110 kV奕垌站備用電源。

根據相關保護動作信息及錄波分析，2018-05-06T16：03：16：498，隨奕線發生B相接地故障，最大故障相電流二次值10.13 A（TA變比800/1，一次值8.104 kA）。保護啟動后14 ms，奕垌站110 kV隨奕線分相差動保護正確動作出口，跳開開關；保護啟動后19 ms，隨垌站110 kV隨奕線分相差動、接地距離I段保護正確動作出口，跳開開關。

保護啟動后20 ms，奕垌站110 kV東奕線手合阻抗加速保護正確動作出口（故障前開關熱備用）；保護啟動后66 ms，110 kV東奕線遭到雷擊，雷電流﹣34.0 kA，擊穿奕垌站110 kV東奕線開關B相；保護啟動后105 ms，奕垌站#1、#2主變中性點間隙發生擊穿；保護啟動后245 ms，奕垌站110 kV東奕線零序II段加速保護正確動作出口（故障前開關熱備用）；保護啟動后448 ms，110 kV東城站110 kV東奕線零序II段保護正確動作出口，跳開開關。

保護啟動后1 094 ms，奕垌站110 kV隨奕線重合閘正確動作出口，合上開關；保護啟動后1 093 ms，隨垌站110 kV隨奕線重合閘正確動作出口，合上開關。保護啟動后1 517 ms，110 kV東城站110 kV東奕線重合閘正確動作出口，合上開關。

故障開關為蘇州AREVA高壓電氣開關有限公司GL312型SF6開關，額定電壓145 kV，額定電流3 150 A，額定短路開斷電流40 kA，2007-04生產，2007-12投運。故障后現場檢查發現，開關極柱外觀無異常。

2 故障處理

2.1 現場處理

故障發生后，檢修試驗人員到站對110 kV東奕線開關進行回路電阻、SF6氣體濕度及分解物測試。故障后該開關三相回路電阻分別為35 μΩ、38 μΩ、36 μΩ，符合開關廠家標準（40±8）μΩ，初步判斷絕緣操作桿和滅弧室內部機械及其連接相關的傳動部件情況正常。SF6氣體分解物SO2含量為20.5 μL/L，H2S含量為33.5 μL/L，CO含量為303.2 μL/L，均已超標，測試結果為不及格，判斷東奕線開關因之前雷擊故障導致開關內部絕緣不良，已經不滿足運行條件。

2.2 返廠解體檢修

此次雷擊事故造成該110 kV開關B相斷口擊穿故障過程基本明確，對該開關進行更換后，委托蘇州AREVA高壓電氣開關有限公司實施返廠解體檢修。

解體檢修發現，A、C相極柱無異常，B相極柱開蓋后有臭雞蛋味從極柱內部溢出，同時發現以下現象：該相滅弧室內部動觸頭和靜觸頭上存在大量灰色及黑色粉塵，如圖1所示。動觸頭和動弧觸頭上有大量放電痕跡，如圖2所示。動弧觸頭均壓罩被雷電擊穿。解體后可以看到，動弧觸頭的均壓罩有明顯燒損痕跡，均壓罩上有多次點狀燒灼和一處燒穿痕跡，鍍銀接觸面因高溫烘烤而暗化。下靜觸頭均壓罩有幾處輕微灼傷，觸指鍍銀接觸面完好。故障相極柱無外閃痕跡，滅弧室內絕緣拉桿無放電痕跡，故障相斷路器操作機構性能完好。

圖1 動觸頭和動弧觸頭上有大量灰色及黑色粉塵

圖2 動觸頭和動弧觸頭上的放電痕跡

經過分析，粉末為SF6氣體在電弧下產生的固體分解產物，主要成分為AgF、Ag2S、CuF2、AlF3、Al2O3，元素分析主要為銀、氟、銅、鋁、碳、氧和硫，其中銀和銅來自動靜觸頭的觸指材料，碳來自噴口CF4材料，硫和氟來自SF6氣體，鋁來自均壓罩等鋁質材料。

3 故障原因分析

3.1 原因分析

故障時東奕線在未裝設線路避雷器的情況下，遭受雷擊。東奕線開關B相外部瓷套和接線板絲毫無損，沒有放電痕跡，而內部觸頭斷口存在大量放電痕跡。故障發生時，東奕線遭雷擊，雷電流﹣34.0 kA，由于當時該線路未安裝避雷器，處于熱備用狀態的東奕線開關斷口直接承受雷電過電壓，滅弧室兩端無法承受超過自身承受極限的過電壓，最終造成B相滅弧室斷口被擊穿，導致斷路器內部動靜觸頭放電，斷口間放電比較嚴重。由于觸指處于均壓罩內，基本沒有受到雷電過電壓燒傷熔化，而均壓罩則燒損嚴重，上觸指表面被斷路器內部鋁質均壓罩、CF4噴口及SF6氣體等分解物熏黑。由于該開關在線路受電側，不存在工頻電源電壓，因此斷口間在短時燃弧后，故障電流隨雷電波的消失而衰減為0，電弧自然熄滅，電弧熱效應時間較短，未造成滅弧室瓷套爆炸。

3.2 斷口擊穿的原因

在一定電壓條件下，SF6氣體中的電子在向陽極運動過程中會產生電子崩，并轉化成流注導致擊穿。且負極性較正極性更容易導致擊穿，而雷電波大都為負極性。沖擊電壓時間大于1 μs時，其擊穿點大都在伏秒特性曲線的下包線（5%）附近[1]，即擊穿電壓相對較小，而雷電沖擊時間大于11 μs，此時SF6氣體擊穿電壓較小，容易擊穿。

SF6氣體與空氣伏秒特性曲線如圖3所示。

按照斷路器滅弧室的設計，斷口的內絕緣均應大于外部的絕緣，但當雷電沖擊電壓的上升沿時間較短時，由于滅弧室內外氣體（SF6、空氣）伏秒特性的差異[2]，會發生滅弧室內部的SF6氣體先于外部空氣擊穿的情況。由于故障開關B相剛開斷短路電流，此時開關內電場為不均勻電場，SF6氣體耐受雷電波沖擊的水平較低，因此開關內部滅弧室斷口被外部雷擊過電壓擊穿而外部瓷瓶完好。

圖3 SF6氣體與空氣伏秒特性曲線

4 結語

本次故障發生的原因是開關線路側未裝設避雷器，開關內部滅弧室斷口不能承受雷擊過電壓而導致擊穿，由于故障開關在受電側，因此開關外部瓷瓶完好。

為加強110～220 kV變電站雷電侵入波防護，建議加裝線路避雷器，并進行開關斷口的雷電沖擊和工頻耐壓試驗，防止類似的設備損壞事故再次發生。

致謝：朱信德對本文的修改提供了寶貴意見，謹此致謝。

［1］談克雄.六氟化絕緣硫伏秒特性的理論計算［J］.高電壓技術，1987，1（1）：1-8.

［2］邱毓昌，施圍，張文元.高電壓工程［M］.西安：西安交通大學出版社，2003.

TM862

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.18.055

2095－6835（2020）18－0136－02

鐘如意（1993—），女，廣西貴港人，大學本科，助理工程師，主要從事變電檢修及高壓試驗工作。潘坤年（1984—），男，廣西梧州人，研究生，工程師，主要從事變電檢修及高壓試驗工作。

〔編輯：嚴麗琴〕