断路器弹跳引起电抗器故障的分析

断路器弹跳引起电抗器故障的分析

叶渭新

（广东电网有限责任公司东莞供电局广东省东莞市523000）

摘要：在电网10kV系统中，需要经常投入并联电容器进行无功补偿，以改善电网电压，保障电网安全稳定运行。由于设备投入运行年份持续增加，频繁投切并联电容器所产生的过电压使串联电抗器的绝缘强度不断下降，最终导致设备出现故障。本文对一起因真空断路器合闸弹跳产生过电压致使串联电抗器发生接地短路的故障进行分析，发现其中所暴露的问题并提出相关的防范措施及和运维策略。

关键词：断路器；串联电抗器；弹跳；过电压

树脂浇注干式铁芯串联电抗器因其损耗低、体积小、便于安装、使用寿命长等特点得到广泛的使用，与并联电容器串联在无功补偿回路中，通过真空断路器投入，可以抑制谐波电压放大，减少系统电压波形畸变，避免电容器受损，同时限制并联电容器的合闸涌流以满足电容器标准的要求。而随着运行时间的增加，真空断路器多次合闸产生的过电压不断对电抗器造成不同程度的冲击，由于缺乏对电抗器可行的检测手段，无法发现电抗器潜在的缺陷隐患。本文从110kV某电站10kV电容器组串联电抗器着火故障着手，通过检修、继保和试验专业的故障分析来阐述真空断路器合闸弹跳产生的过电压是造成电抗器出现故障的主要原因。

1.设备故障情况

09月20日值班员远控110kV某变电站10kV#1电容器517开关由热备用转运行15分钟后，于17时21分，集控中心后台监控机报#1电容器517开关位置由合位变为分位、#1电容器启动元件动作、#1电容器事故总信号。运行人员现场检查发现#1电容器串联电抗器着火焚烧，立刻启动消防系统进行灭火并向上汇报，检修人员到达现场进行检查处理。现场检查发现电抗器A相上部烧毁严重，并有放电痕迹，B相也存在不同程度的烧伤痕迹。该电抗器产品运行年份达9年，故障前10kV#1电容器组517开关挂10kV1M正常运行，10kV系统经消弧接地。

2.现场检查情况

2.1检修专业检查情况

（1）测温。检修人员到达现场立刻对故障电抗器进行红外成像测温，测温结果显示故障电抗器A相上部硅钢片铁芯处温度达117摄氏度，环氧树脂浇注部分达80多摄氏度。

（2）整体外观检查。故障电抗器在高温燃烧下，串联电抗器A相上部已严重烧毁，环氧树脂浇注的上部也呈烧焦状，绝缘夹件燃烧至脱落。

（3）串联电抗器绕组及铁芯检查。对#1电容器组串联电抗器A相的上部烧毁部分进行仔细检查，可以看见其绕组间绝缘已严重击穿，引起匝间短路故障。

（4）对地放电点检查。由于#1电容器组电抗器故障时经消弧选线装置选线跳开517开关，针对保护动作情况，发现A、C相只有轻微的对地放电痕迹，说明该串联电抗器未发生完全接地情况。

（5）故障电抗器B、C相受损情况检查。由于该串联电抗器发生高温燃烧的故障，导致电抗器B相靠近A相侧也存在明显的烧伤痕迹，C相无明显烧伤状。

2.2继保专业检查情况

（1）保护动作情况检查。现场检查消弧选线装置动作正确，#1电容器517开关保护只有启动，加入模拟量对不平衡电压功能进行检查，保护动作、传动开关均正确。

（2）保护定值、相关开入量、压板投退情况检查。#1电容器保护定值按“07-500-00”定值单执行；过流I段：2.2/1320A，时间0.2S，过流II段：0.8/480A，时间0.5S；投不平衡电压保护，定值13.5V，时间0.2s。

（3）后台监控后台报文检查。9月20日17时21分30秒，#1电容器投入17分钟后，监控后台机报#1电容器517开关位置由合位变为分位（517开关跳闸）、#1电容器启动元件动作、#1电容器事故总信号，后台报文信息与开关实际投退情况一致。

2.3试验专业现场检查情况

针对设备发生的故障，试验专业人员对#1电容器组进行全面的试验检查，包括对电抗器、放电线圈、避雷器、电缆及真空断路器进行绝缘测试、耐压测试等各种专业试验，结果显示故障电抗器A相绕组及铁芯对地绝缘为0，A相绕组直阻不及格，另外#1电容器组517开关经多台仪器反复测试，回路电阻测试和机械特性测试均不及格，详细试验数据如下表所示。

表1电抗器试验

表2断路器回路电阻测试

表3断路器机械特性测试

从上表的试验数据可以看出，电抗器A相绕组直阻为215.2μΩ，较正常直阻增大约30倍。#1电容器组517开关A、C相回路电阻分别为117μΩ、273.6μΩ，远大于设备厂家不大于40μΩ的标准。断路器机械特性测试结果A相合闸出现弹跳，为105ms，分闸不同期为5ms，均超出厂家断路器合闸弹跳不大于2ms，分闸不同期不大于2ms的规定。

3.原因分析

现场检查人员在进行#1电容器组串联电抗器故障现场检查时，没有发现异物或易燃物品，设备在投入运行15分钟后保护跳闸动作，并在跳闸前已引发着火故障，初步判断设备的故障原因是#1电容器组517开关合闸发生弹跳引起的过电压使串联电抗器A相绕组发生绝缘击穿，造成匝间短路，短路绕组严重发热继而引起设备着火。真空断路器合闸弹跳这个过程中触头分开的距离不大，断口的电弧发生重燃、截流现象，回路中产生高频的电磁振荡，产生过电压。

检修人员对#1电容器组517开关外观进行仔细检查，发现开关A相拐臂与真空泡导电夹上端传动杆的连接销钉已经脱落。随着断路器动作次数的增加，拐臂与传动杆多次运动，分合闸期间触头碰撞引起的震动使连接销钉与销孔之间出现松动，最终导致连接销钉的脱落。断路器正常状态下，断路器合闸后，机构的输出杆压紧触头压力弹簧，产生弹性势能再经拐臂和提升杆将其转变为压力传递到真空断路器的动触头，使合闸后的真空断路器动静触头之间存在一定的接触压力，以保证触头紧密可靠的接触。分闸时通过销钉与导电夹上端传动杆的卡死而带动断路器进行分闸，不再仅依靠拐臂顶起提升杆的凸起部位带动断路器进行分闸，触头压力弹簧形成弹性势能起到良好作用。

开关拐臂与真空泡导电夹传动杆处缺少连接销钉，在分、合闸后拐臂不能与导电夹上端提升杆卡死。合闸后导电夹上端提升杆处的可活动位移较多，并且缺少了压力弹簧的作用力，触头接触时不能利用弹簧力缓冲，导致断路器合闸出现弹跳现象。根据#1电容器组517开关机械特性测试结果，A相合闸弹跳时间为105.4ms，且多达10次，大大超出了厂家合闸弹跳不大于2ms的规定；在分闸过程中，由于仅依靠拐臂顶起提升杆的凸起部位带动断路器进行分闸，在分闸过程中也存在着发生弹跳的可能，因此分闸弹跳为0.6ms（1次）。多次的弹跳过程中，断路器断口不断发生电弧重燃、截流现象，产生的过电压多次冲击串联电抗器，最终导致故障的发生。

4.缺陷处理情况

1.电抗器处理：故障串联电抗器已严重烧毁，不能修复，必须更换新的电抗器。

2.真空断路器处理：复装A相拐臂与真空泡导电夹上端传动杆的连接销钉，复装后对断路器进行手动和远控分合闸，进行开距、接触行程测量，机械特性测试和回路电阻测试。从试验数据可以看出，连接销钉复装后，断路器开距、接触行程均符合标准，合闸弹跳时间和分合闸同期均少于2ms，且弹跳次数为0。回路电阻测试数据均小于40μΩ，符合厂家规定标准。

5.防范措施

1.应选择可靠性高、口碑好的生产厂家，在设备出厂监造和验收方面应严格把关，杜绝质量不过关的设备进入系统。结合厂家探讨增强电抗器匝间绝缘的方法，同时加强对电抗器匝间绝缘的检测和试验。

2.由于10kV树脂浇注铁芯串联电抗器普遍性存在发热的安全隐患，导致线圈绝缘性能下降，须制定专项工作计划，对设备进行停电检查维护，重点对设备进行清洁检查，检查铁芯夹件、树脂浇注部位等是否有裂纹或对地放电痕迹等安全隐患，确保设备能安全可靠运行。

3.运行人员加强对设备的巡视。迎峰度夏期间，在电容器组第一次投入运行后60-120分钟对设备进行一次红外测温，检查设备的运行健康状况是否良好。并且每年对串联电抗器进行清洁维护，保证设备不因器身积灰脏污而降低其绝缘水平，同时保证电容器室的通风散热条件完好。

参考文献：

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[2]袁艳霞，冯冰，苏现保.真空断路器合闸弹跳危害及改善措施.河南科技，2006（13）.

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