1 事故经过
某年5月3日0时30分,事故35 kV馈线断路器(型号为ZW24-40.5 )电流II段跳闸,根据保护装置事件记录,二次电流为87 A,当时电流互感器变流比为300/5,即一次电流为5 220 A。
0时59分根据调令送电,但电压监测显示35 kV III段母线电压不正常(U相35.44 kV、 V相34.56 kV、 W相0.3 kV ),县调随即申请断开该断路器。操作断开后,电压仍不正常,调度随即下令合上该馈线断路器。1时12分操作完毕,上级主变压器后备保护动作跳闸。经现场检查该馈线断路器无明显异常,随后调度下令断开连接于同母线的其他馈线断路器,1时32分操作完毕即再令试送该馈线断路器,随即电流I段动作跳闸。经现场检查,该馈线断路器本体爆炸。
2 事故原因分析
2.1直接原因
(1)5月3日凌晨,当地遭遇了特大雷暴雨袭击,事故馈线29号、31号、41号杆三相瓷绝缘子被全部击穿,导致断路器对地短路,并引发相间短路,产生电弧,烧毁绝缘拉杆,最终使断路器爆炸。
(2)事故发生时的特大暴雨使断路器本体瓷绝缘子的绝缘降低,该型断路器瓷绝缘子爬距小,加上雷电流的反复冲击,使断路器W相被击穿造成接地。
(3)断路器W相被击穿造成35 kV系统接地后,由于深夜以及雷电暴雨的影响,现场人员无法通过巡视查看出断路器本体W相瓷绝缘子的状况。
2.2间接原因
(1)事故断路器存在设计和质量缺陷,天气正常时试验数据都合格,但每逢下雨都有瓷绝缘子放电现象发生,在此之前,曾因瓷绝缘子长时间放电被迫停运。而同为农网改造工程安装使用的其他型号真空断路器运行正常。
(2)避雷器与断路器的绝缘配合不够合理,避雷器的临界动作电压偏高和残压过高,导致断路器在受雷电过电压损坏后,再次操作时(合闸)使得断路器无法耐受,加剧了绝缘的破坏,最终导致了断路器的爆炸。
2.3事故过程推断分析
根据值班记录和断路器炸毁现场的照片分析,当时U、V两相的线路侧受到雷击,雷电波通过线路传到断路器、避雷器及相应的设备上,断路器I段保护动作,避雷器也动作,雷击产生的过电压使得断路器U、V两相的对地绝缘分别被严重破坏甚至击穿(因断路器当时处于运行状态,因此不可能产生断口间的过电压,也就是断路器的断口及上瓷套的绝缘没有受到损伤)。紧接着操作人员又一次合上断路器,此时避雷器的绝缘早已恢复,但断路器的绝缘遭受的是永久性破坏,绝缘水平甚至已远低于避雷器的临界动作电压值和残压值。这样,在经过两次操作冲击后,断路器的下瓷套绝缘彻底被摧毁、U相因下瓷套外伞间绝缘被击穿,通过箱体上的起吊环(最近点)形成对地短路;而W相则可能同时存在2处被击穿的地方:下瓷套外伞间和下瓷套内的绝缘拉杆。从现场残留物的状况来分析,W相被击穿后对地短路所产生的电弧主要发生在下瓷套内,最终造成绝缘拉杆彻底烧毁和W相下瓷套彻底炸毁,该电弧也是造成控制室内的保护装置始终告警显示W相接地的主要原因。
在U、 W两相产生过电压时,v相也必然会产生过电压,造成v相也因下瓷套外伞间绝缘被击穿,通过箱体上的起吊环(最近点)形成对地短路,继而引发U、V两相相间短路,最终造成U、V两相之间因短路电弧的作用发生爆炸,同时因为V相的过电压发生时间稍滞后于U、W两相,所以V相所受的损坏最轻。
3 事故中的疑点分析
为何避雷器已经动作,而最终却导致断路器爆炸?据了解,与断路器相连的最近的避雷器是母线侧的一组,该避雷器是按常规电站型避雷器配置和安装的,其型号为Y5WZ-54/134,额定电压42 kV,系统标称电压35 kV,持续运行电压13.6 kV,直流1 mA参考电压(DC) 73 kV,标称放电流下残压134 kV,陡波冲击残压154 kV、 2 ms操作能通流容量400 A,其残压比为1.8356。如果为了提高避雷器的使用寿命,提高阀片性能,则残压比会随之降低,那么直流1 mA参考电压值也就会随之升高,也就意味着避雷器的动作电压提高了,这是对断路器安全不利的。当断路器经受一次严重的雷电过电压后,尽管避雷器也及时动作了,但由于断路器的绝缘能力达不到与避雷器匹配的水平,使断路器的绝缘产生了严重的不可恢复的损坏,绝缘能力已显著下降,再次耐受能力(绝缘能力)低于避雷器的额定标称直流1 mA参考电压值是很有可能的。当断路器再次经受电压冲击时(又一次的合闸操作),使得原本已经受损的绝缘急剧恶化直至崩溃,导致事故的发生,而避雷器因其动作时间短和自恢复性的特点,能耐受后面的操作冲击而没有损坏,这就是为何避雷器动作了,而断路器却最终爆炸的原因。
4 解决的办法及预防对策
根据以上分析,该型号断路器存在设计以及质量上的缺陷,及时进行技术改造,更换断路器是最根本的解决办法,但为了避免此类事故再次发生,应同时从以下几点改善断路器的运行现状:①根据当地的年平均雷暴日数量和雷击种类的实际情况(直接雷击、感应雷击、地电位提高过电压),有针对性地采取相应措施;②提高引下线的截面积,降低接地点土壤阻抗;③检查接地点应全部可靠连接,形成等压的均压泄漏环;④通过对当地雷电水平的分析,对雷击水平(能量)进行计算,针对不同的设备选择非常规的避雷器,最好是按恒定直流1 mA参考电压值,然后使残压尽可能地降低;⑤对频繁受雷击的线路增设线路侧避雷器;⑥对断路器瓷绝缘子采取涂刷防污闪绝缘涂料的措施,以减少爬电对瓷绝缘子的绝缘损害;⑦对绝缘套管进行彻底的清洗(每年1次),要把套管的每个伞裙清理到出厂时的洁净程度,对一些已经产生的顽渍可以用丙酮或无水酒精进行清理,最后用干净无绒毛巾擦干净,这样可减少套管在阴雨天时放电现象的发生。