真空斷路器投切電容器組時發(fā)生爆炸的原因
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- 2021-04-15
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摘 要：為尋找真空斷路器投切電容器組時發(fā)生爆炸的原因，在運行電網(wǎng)上進行了10 k V真空斷路器投切電容器組的試驗。5組樣機為不同批號和潔凈度的真空滅弧室，將其安裝于同一組真空斷路器上投切同一組電容器組。通過分析試驗結果，得出結論：爆炸原因是真空斷路器投切電容器組時發(fā)生重擊穿并產(chǎn)生較高的過電壓；真空滅弧室內部潔凈度是影響真空斷路器投切電容器組重擊穿率的重要因素；真空斷路器在投運前進行50次以上的電氣老練試驗是必要的。
關鍵詞：真空滅弧室；潔凈度；重擊穿
真空斷路器具有體積小、質量輕、維護簡單、可頻繁操作、不污染環(huán)境、無火災和爆炸危險等優(yōu)點，在電力系統(tǒng)中應用廣泛。廣東電網(wǎng)大量采用了10 kV真空斷路器，并用作投切電容器組。
真空斷路器在廣東電網(wǎng)運行中，也暴露了一些問題。例如在投切電容器組時，發(fā)生了電容器組爆炸事故。是因為電容器組質量不良，或是真空斷路器有問題導致電容器組爆炸？為探討其原因所在及其產(chǎn)生機理，開展了真空斷路器投切電容器組試驗驗證工作。
1 試驗條件及試驗結果
眾所周知，真空滅弧室是真空斷路器的心臟，真空斷路器的電氣性能主要取決于真空滅弧室的設計及其生產(chǎn)工藝。本次試驗是把注意力集中到滅弧室上，也就是說整個試驗過程是研究真空滅弧室。把5組不同批號的普通型或高潔凈度型的真空滅弧室作為樣機，按先后次序安裝于同一組真空斷路器上進行投切同一組電容器組試驗，每次更換滅弧室后均保證真空斷路器機械特性參數(shù)前后一致，只有這樣才能得到較真實的結果。
本次試驗驗證現(xiàn)場是在原事故的某變電站某事故間隔的10 k V真空斷路器及該組電容器組（事故后已更換為新的電容器）上進行投切試驗，試驗時的運行方式與事故當時的運行方式相同。
試驗結果見表1，真空滅弧室重擊穿典型電壓波形見圖1。
2 試驗結果分析及結論
2．1 真空滅弧室潔凈度對投切的重擊穿率的影響
從表1數(shù)據(jù)可見：1～3號樣機為普通型真空滅弧室,試驗過程 均發(fā)生重擊穿,其中1號樣機情況最為嚴重，重擊穿率達91．6％，且產(chǎn)生較高的過電壓倍數(shù)，會損壞電氣設備的絕緣；4號、5號樣機為高潔凈度真空滅弧室，分別進行了120相次投切電容器組，無重擊穿現(xiàn)象發(fā)生。可見潔凈度高，則重擊穿率低，其過電壓倍數(shù)也低，反之亦然。由此表明真空滅弧室的潔凈度是何等重要，其潔凈度高低關系到電氣性能的好壞。
a）被試真空斷路器型號均為ZN11－10，被試真空滅弧室型號均為BD401，投切電容器組容量均為7．8 Mvar。
b）對于真空滅弧室，普通型是采用原工藝生產(chǎn)，潔凈處理欠佳；高潔凈度型比普通型工藝有改進，滅弧室零件用清洗 劑清洗凈，并嚴格控制老練處理，清潔度較高。
c）4號、5號樣機是同一批的高潔凈度的真空滅弧室，為了取得更有效的驗證效果，特增加了樣品數(shù)，抽了兩組同批的樣機。
真空滅弧室潔凈度可理解為滅弧室內部表面粘附雜質微粒總數(shù)目的多少。真空滅弧室在生產(chǎn)裝配過程中，在其元件內部和表面上易形成毛刺或積聚金屬和非金屬微粒，半導體金屬氧化物及各種污染物油脂、汗汁等。在排氣工藝過程中，可以將真空補充其它去除雜質微粒的有效方法，或者去除方法不對，工藝控制不嚴，則雜質微粒仍沒清除干凈，當真空斷路器在開斷電流時，產(chǎn)生的電弧足以使這些物質分解、氣化，釋放出大量氣體，引起滅弧室內部絕緣強度下降，造成重擊穿或多次重擊穿，并且產(chǎn)生較高過電壓，損壞電氣設備的絕緣。
2．2 真空斷路器進行電氣老練試驗的必要性
從2號、3號樣機投切電容器組試驗過程中發(fā)現(xiàn)了一個規(guī)律，重擊穿概率隨著投切次數(shù)的增加而減少，在投切初始的幾次，出現(xiàn)重擊穿的概率大，這是管子內部雜質微粒被燒掉，微粒數(shù)目在減少之緣故。
電氣老練試驗最好是在真空滅弧室出廠以前進行，根據(jù)試驗經(jīng)驗，最好老練50次以上，這是提高真空滅弧室潔凈度的一個有效方法。
2．3 原事故電容器組爆炸的原因
從表1數(shù)據(jù)可見，1號樣機（原事故間隔的真空斷路器及其滅弧室）共投切12相次（因重擊穿率高，且又是在現(xiàn)場進行，怕出事故，所以沒有再繼續(xù)做下去），發(fā)生11相次重擊穿，其中有1次投切還發(fā)生多次重擊穿，并產(chǎn)生過電壓高達3．44倍。過電壓作用時間雖然短暫，但電容器組投切頻繁，1日至少投切3次，反復作用對電容器組的絕緣是不利的，且電容器組的絕緣水平為工頻耐壓值1．3×11 k V，1 min，過電壓倍數(shù)遠高于其絕緣水平，因此在過電壓的反復作用下，電容器組絕緣遭受損傷，最終導致絕緣擊穿，發(fā)生爆炸事故。
3 結束語
試驗驗證取得了預期效果。電力運行部門根據(jù)試驗驗證提供的技術依據(jù)，為防止電容器組爆炸等類似事故發(fā)生，把原普通型的真空滅弧室全部更換為高潔凈度的真空滅弧室，更換后運行多年，至今無事故發(fā)生。真空滅弧室生產(chǎn)廠家收益匪淺，取得了現(xiàn)場試驗第一手資料，改進生產(chǎn)工藝，提高真空滅弧室潔凈度，生產(chǎn)出無重擊穿的真空斷路器。
關鍵詞：真空滅弧室；潔凈度；重擊穿
真空斷路器具有體積小、質量輕、維護簡單、可頻繁操作、不污染環(huán)境、無火災和爆炸危險等優(yōu)點，在電力系統(tǒng)中應用廣泛。廣東電網(wǎng)大量采用了10 kV真空斷路器，并用作投切電容器組。
真空斷路器在廣東電網(wǎng)運行中，也暴露了一些問題。例如在投切電容器組時，發(fā)生了電容器組爆炸事故。是因為電容器組質量不良，或是真空斷路器有問題導致電容器組爆炸？為探討其原因所在及其產(chǎn)生機理，開展了真空斷路器投切電容器組試驗驗證工作。
1 試驗條件及試驗結果
眾所周知，真空滅弧室是真空斷路器的心臟，真空斷路器的電氣性能主要取決于真空滅弧室的設計及其生產(chǎn)工藝。本次試驗是把注意力集中到滅弧室上，也就是說整個試驗過程是研究真空滅弧室。把5組不同批號的普通型或高潔凈度型的真空滅弧室作為樣機，按先后次序安裝于同一組真空斷路器上進行投切同一組電容器組試驗，每次更換滅弧室后均保證真空斷路器機械特性參數(shù)前后一致，只有這樣才能得到較真實的結果。
本次試驗驗證現(xiàn)場是在原事故的某變電站某事故間隔的10 k V真空斷路器及該組電容器組（事故后已更換為新的電容器）上進行投切試驗，試驗時的運行方式與事故當時的運行方式相同。
試驗結果見表1，真空滅弧室重擊穿典型電壓波形見圖1。
2 試驗結果分析及結論
2．1 真空滅弧室潔凈度對投切的重擊穿率的影響
從表1數(shù)據(jù)可見：1～3號樣機為普通型真空滅弧室,試驗過程 均發(fā)生重擊穿,其中1號樣機情況最為嚴重，重擊穿率達91．6％，且產(chǎn)生較高的過電壓倍數(shù)，會損壞電氣設備的絕緣；4號、5號樣機為高潔凈度真空滅弧室，分別進行了120相次投切電容器組，無重擊穿現(xiàn)象發(fā)生。可見潔凈度高，則重擊穿率低，其過電壓倍數(shù)也低，反之亦然。由此表明真空滅弧室的潔凈度是何等重要，其潔凈度高低關系到電氣性能的好壞。
a）被試真空斷路器型號均為ZN11－10，被試真空滅弧室型號均為BD401，投切電容器組容量均為7．8 Mvar。
b）對于真空滅弧室，普通型是采用原工藝生產(chǎn)，潔凈處理欠佳；高潔凈度型比普通型工藝有改進，滅弧室零件用清洗 劑清洗凈，并嚴格控制老練處理，清潔度較高。
c）4號、5號樣機是同一批的高潔凈度的真空滅弧室，為了取得更有效的驗證效果，特增加了樣品數(shù)，抽了兩組同批的樣機。
真空滅弧室潔凈度可理解為滅弧室內部表面粘附雜質微粒總數(shù)目的多少。真空滅弧室在生產(chǎn)裝配過程中，在其元件內部和表面上易形成毛刺或積聚金屬和非金屬微粒，半導體金屬氧化物及各種污染物油脂、汗汁等。在排氣工藝過程中，可以將真空補充其它去除雜質微粒的有效方法，或者去除方法不對，工藝控制不嚴，則雜質微粒仍沒清除干凈，當真空斷路器在開斷電流時，產(chǎn)生的電弧足以使這些物質分解、氣化，釋放出大量氣體，引起滅弧室內部絕緣強度下降，造成重擊穿或多次重擊穿，并且產(chǎn)生較高過電壓，損壞電氣設備的絕緣。
2．2 真空斷路器進行電氣老練試驗的必要性
從2號、3號樣機投切電容器組試驗過程中發(fā)現(xiàn)了一個規(guī)律，重擊穿概率隨著投切次數(shù)的增加而減少，在投切初始的幾次，出現(xiàn)重擊穿的概率大，這是管子內部雜質微粒被燒掉，微粒數(shù)目在減少之緣故。
電氣老練試驗最好是在真空滅弧室出廠以前進行，根據(jù)試驗經(jīng)驗，最好老練50次以上，這是提高真空滅弧室潔凈度的一個有效方法。
2．3 原事故電容器組爆炸的原因
從表1數(shù)據(jù)可見，1號樣機（原事故間隔的真空斷路器及其滅弧室）共投切12相次（因重擊穿率高，且又是在現(xiàn)場進行，怕出事故，所以沒有再繼續(xù)做下去），發(fā)生11相次重擊穿，其中有1次投切還發(fā)生多次重擊穿，并產(chǎn)生過電壓高達3．44倍。過電壓作用時間雖然短暫，但電容器組投切頻繁，1日至少投切3次，反復作用對電容器組的絕緣是不利的，且電容器組的絕緣水平為工頻耐壓值1．3×11 k V，1 min，過電壓倍數(shù)遠高于其絕緣水平，因此在過電壓的反復作用下，電容器組絕緣遭受損傷，最終導致絕緣擊穿，發(fā)生爆炸事故。
3 結束語
試驗驗證取得了預期效果。電力運行部門根據(jù)試驗驗證提供的技術依據(jù)，為防止電容器組爆炸等類似事故發(fā)生，把原普通型的真空滅弧室全部更換為高潔凈度的真空滅弧室，更換后運行多年，至今無事故發(fā)生。真空滅弧室生產(chǎn)廠家收益匪淺，取得了現(xiàn)場試驗第一手資料，改進生產(chǎn)工藝，提高真空滅弧室潔凈度，生產(chǎn)出無重擊穿的真空斷路器。