简论断路器因断路器和隔离开关合并故障引发停电事件

摘要：本文根据自身工作经验探讨了深圳龙岗区某500千伏变电站一220kv线路因断路器及隔离开关相继发生设备故障，导致罗湖、福田两区及龙岗部分地区大面停电事故所暴露问题。提出了断路器和隔离开关常见故障的解决及改进措施，对预防类似事件的发生，确保电力系统安全、稳定可靠运行起到一定的借鉴作用。
关键词：大面积停电；电力系统稳定；断路器；隔离刀闸；变电设备；故障
引言
2012年4月10日晚8时30分左右，深圳市内辖区域同时发生大规模停电，持续两个多小时，直到当晚10时40分，才恢复正常用电。从事件侧面说明深圳电网负荷与构架堪忧，深圳的电力供应稳定性距离国际化大都市还有一段差距。
1.起因
事件发生前，深圳电网系统无操作，天气情况良好；4月10日18时44分03秒，位于龙岗区500千伏深圳站220KV深清甲线2538开关在运行中，A相突然发生爆炸，对侧清水河站2538线路零序Ⅲ段保护动作跳闸;值班人员检查发现220KV深清甲线2538开关仍在合闸位置，但A相顶端爆炸，开关顶端架空引流线悬挂于空中，开关B、C相无法操作（6泄漏，低气压已闭锁开关），此时必须将220千伏I组母线上所有的设备倒至Ⅱ组母线上运行，并停运220千伏I组母线以隔离故障设备。
20时30分，运行人员在完成220KV深东甲线Ⅰ组母线侧24501隔离开关操作约1分钟后，正准备进行下一个操作时，24501隔离开关B相支柱瓷瓶顶端突然断裂，砸落引发220千伏Ⅱ组母线接地。因正进行母线倒闸操作，故220KV母差保护投单母差状态，母差保护动作跳开220千伏Ⅰ、Ⅱ组母线上〔除2538开关(6低气压闭锁无法跳闸）外〕的所有开关，深圳站220千伏Ⅰ、Ⅱ组母线失压。
由500千伏深圳站供电的7个220KV变电站及其所带30个110KV变电站（含3个用户站）备自投动作成功。但220KV水贝站、110KV益田站失压，同时深圳站安稳装置动作，切除5个110KV变电站，因简龙站备自投动作后线路过负荷切除110KV安良站，共累计造成1个220KV站（水贝站）和7个110KV站失压。

2.原因分析

2.1事件起因：

由于500KV深圳站220KV深清甲线2538开关深清甲线2538开关（北京ABB，型号HPL245B1型，2002年投运）在安装调试过程中，存在质量控制问题，造成运行中A相内部故障发生爆炸，为隔离此开关故障进行的母线倒闸操作是此次事件起因。
开关解体检查分析：发生爆炸的断路器A相“机构连接拉杆”紧固螺母在现场安装时未充分紧固，运行过程中受操作力作用逐渐松脱，使得传动拉杆合闸不到位，导致触头接触不良。4月10日上午为配合新建输变电工程施工，又对运行方式进行了调整，负荷电流增大，加剧了开关触头发热，积聚的压力和热量导致了开关爆炸。
经验分析：机构连杆松动除接触不良发热外，会发生慢分、合、长时间拉弧等后果，引起灭弧室严重发热、直至发生爆炸；由于开关爆炸后对侧保护动作已跳闸，未造成大的影响，故此为发生此次“大面积停电”的非主要原因。

2.2主要原因：

倒母线过程中，因220KV深东甲线24501隔离开关（河南平高，型号GW4，1997年投运）拉开后B相支柱瓷瓶突然断裂，造成220千伏Ⅱ组母线接地，导致该站220KV两组（Ⅰ、Ⅱ）母线失压，隔离开关绝缘瓷柱断裂是“大面积停电”事件的主要原因。
经验分析：瓷柱断裂的危害最大，它造成母线短路而引发两组母线全停的重大事故，它还会损坏相邻的电器设备或伤及操作人员。断裂的主要原因为应力的作用：
①水泥胶装剂膨胀产生的应力。法兰和瓷柱是用“水泥胶装剂”胶装的，由于水泥胶装剂夹在法兰和瓷柱中间，膨胀受约束，必然在胶装部位产生应力。
②温度差引起的应力。由于铸铁法兰、胶装剂、电瓷的膨

源于：论文结论范文www.udooo.com

胀系数不同，所以当温度变化时，它们的收缩量不同，铸铁的收缩量大，瓷柱的收缩量小，因而瓷柱约束了铸铁的收缩。
③由操作产生的应力。它是暂态量，若隔离开关调整不当会使操作应力增大。
这三种应力共同作用在瓷柱根部，是瓷柱断裂的主要原因。

3.改进措施及建议

3.1断路器常见故障及处理

断路器运行事故的主要类型有：操动失灵；绝缘故障；开断、关合性能不良；导电性能不良等故障。
①此次断路器爆炸是由操动机构连接拉杆松脱造成。现场统计表明，操动机构缺陷是操动失灵的主因，操动机构包括有电磁机构、弹簧机构、液压机构和气动机构，合计大约占了70%左右。断路器的操作电源缺陷，也是造成操动失灵的原因之一；锁扣调整不当，运行中断路器自跳多半是此类原因；各连接部位松动、变位，多是由于螺钉未紧、销钉未上好或原防松结构有缺陷；可见，防止松动的意义并不亚于防止零部件损坏。气动机构机械故障的主因是卡涩不灵活。此处卡涩，可能是原装配时调整不灵活，也可能是维护不良所致；
②深圳地区雷电频繁,变电所在线路侧设计应安装避雷器；雷击事故的主要原因是雷电波经反射后的幅值增大而使绝缘击穿；无论线路落雷或进线段受雷电导致的绕击或反击，沿线路侵入变电站的雷电波到达断路器的断口后发生波的反射，使电压幅值大于2倍甚至更高，这时即使断路器在正常运行状态，断路器或站内设备仍有可能被雷击坏。为避免断路器在分闸状态（无灭弧能力）时灭弧室的内绝缘击穿,其内绝缘结构应设计得比外绝缘更高；尽可能避免断路器爆炸。
③6断路器应定期检查其气密性（6泄露）和微水的含量；三相气室初充压时压力相同，运行中巡查可对比三个腔室的6压力，对发现有异常变化的要及时予以重视。以免造成不能有效灭弧或者低气压闭锁（开关气室中6压力降到不能保证可靠熄弧时，总闭锁生效，开关所有的操作将闭锁）等重要缺陷。
④在断路器的控制回路中加装防跳跃闭锁继电器；断路器合闸后，若控制开关的把手未松开或接点卡住等原因，使合闸回路仍处于接通状态，这时如发生短路故障，继电保护动作跳闸后断路器将会再次重合。如果短路继续存在，保护又使断路器跳闸，出现反复跳、合闸现象，这种现象称为断路器的“跳跃”，多次跳跃会使断路器损坏，甚至造成断路器爆炸的严重事故，为此通常在回路里加装防跳跃继电器。
⑤断路器机构箱的加热回路故障时可能造成箱体内部防凝露功能失效，此时应尽快处理，以免造成控制箱内的电气设备损坏和回路短路。

3.2隔离开关常见故障及几点处理方法

隔离开关运行事故的主要类型有：操作卡涩；拉合失灵；三相合闸不同期；接触部位发热等各种故障。
(1)隔离开关存在质量问题、在现场安装调试时工艺不良或辅助元件发生故障的情况。设备安装时，厂家要尽职尽责地进行现场指导，负责安装的单位要严把质量控制关，尽量避免安装的设备存在质量隐患。
（2）隔离开关实际运行中出现过刀闸屏蔽罩脱落、刀闸动触头销子卡簧脱落、盆式绝缘子开裂、绝缘瓷柱断裂、机构箱进水、各部轴销、连杆、拐臂、底架甚至底座轴承锈蚀等。很容易造成隔离开关和接地开关拒动或分合闸不到位的现象发生。
造成拒分拒合的处理措施可分为电气问题和机构问题：
a）电气问题
各交直流的电源闸刀未合上，保险丝熔断、热偶动作、二次元件老化、电动机故障等，首先查清是否有操作电源，再检查二次控制回路串联的各相关元器件，发现问题及时查明原因处理或更换。
b）机构问题
·对机构及其锈蚀部件进行解体检修，更换不合格元件；
·检查定位螺钉和辅助开关等元件，发现异常进行调整；
·对有变形的连杆，查明原因及时消除；
·加强防锈措施，采用二硫化钼等润滑脂防锈润滑；
·在现场出现隔离开关合不到位或三相不同期时，应拉开重合，反复合几次，操作要用力适当；
·机构问题严重或有先天性缺陷时，应更换新品；

3.3隔离开关及断路器的检查和维护

①隔离开关停运后，要采用“超声波无损探伤仪”对绝缘瓷柱进行定检，发现不合格瓷柱即时更换，不能心存侥幸。
②隔离开关在检修人员分合闸操作时应尽量使用“手动”慢动操作；
③隔离开关清扫时，应采取必要的防护措施保护瓷柱：
④隔离开关运行时尽量减少不必要的倒母线操作，以减少对瓷瓶的冲击力：
⑤隔离开关因为法兰根部断裂是逐步发展的，所以应加强对隔离开关支柱绝缘子法兰根部的巡视检查，在操作和检修时重点观察这些部位;
⑥断路器运行时定期对灭弧室顶盖处的金属连接部件进行红外测温；若接触不良导致发热将使6气腔被加热，热量主要积聚在灭弧室的顶部，结合站内同类型开关的温度数据进行分析、比较，就能反映出内部是否存在问题;
⑦断路器停运时，测试其直流电阻可直接反映断路器内部是否接触不良。

4.结束语

通过分析、吸取经验教训，其意义在于落实各项反事故措施、解决生产中存在的薄弱环节和突出问题，要明确防范重点、制定相应的措施以减少停电事件的发生、控制扩大面和影响面、强化设备运行维护工作、提高变电设备的运行与检修维护水平，确保电力系统长期的安全和稳定。