一起SF6断路器灭弧室爆炸的原因分析

feifei45

岳彦峰，黄兴泉（1.洛阳市电业局， 2.河南电力试验研究院，）  2007-7-26


      摘  要：针对河南省电网发生的一起220kVSF6断路器爆炸事故，根据压气式SF6断路器开断原理与动作过程，结合现场实际情况，分析了事故的各种可能因素，确定了该起事故原因为气动机构气体管路密封不严，分闸时高压气体外泄降低了绝缘拉杆初速度，使压气缸中SF6气体压力低，分闸中未能熄灭电弧，最终导致断路器灭弧室爆炸。提出了预防措施,应加强气体操动机构的运行监视，避免同类事故发生。

$ d, e6 Y* F) W2 i5 J0  引  言
( _: m& c3 t: ]; k      高压断路器最基本、最重要的功能是正确动作并迅速切除电网故障，一旦断路器发生操作延迟（慢分），就可导致灭弧室爆炸，引发电网事故。2005-05-12，河南省电网一座220kV变电站发生隔离开关引流线夹断裂故障，故障引发相间弧光短路。在断开故障电流时，因220kV断路器一相开断不成功发生爆炸，导致220kV失灵、母差保护动作，全站失压。
1  断路器事故的基本情况
1 m) A' N# I: y* a      该断路器为压气式SF6断路器[1]，三相独立、分相操作，1998-10投运。断路器配用气动操动机构，额定电流3150A，额定开断短路电流50kA，分闸时间≤35ms；额定操作空气压力（1.5~1.6）± 0.02MPa，空压机启动压力1.5MPa；灭弧室SF6额定压力0.5MPa。变电站主接线见图l。
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      2005-05-12T09：27，相连一变电站隔离开关引流线夹断裂引发相间弧光短路。断开故障电流时，用于断开故障电流的220kV断路器（A相）在分闸操作时发生灭弧室爆炸（其它两相动作正常）。爆炸现场看到瓷瓶碎片散落在50m范围内，静触头装配已掉到地上，静主触指屏闭罩烧损严重，相对应的动主触头也被电弧烧损见（图2）。灭弧瓷瓶下端碎片的内壁上有烧熔金属飞溅物，但未见弧触头电弧痕迹。爆炸后气动机构处于分闸位置，压缩空气压力为1.53MPa，其它两相产品本体SF6气体压力为 0.52MPa。A相主阀体与工作缸连接处密封圈断裂。故障录波图显示，发生故障后，B、C两相立即分闸，而 A相在1500A电流下持续约7s，且无过电压出现。

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0 i: ~% n' ]9 \5 A      断路器事故发生后，有关技术人员及断路器生产厂家对其进行了检查，具体情况为：①断路器有关保护系统无异常，空气压缩机无启动信号；②气动机构指示为分闸位置；③绝缘拉杆及连接处无异常；④ A相主阀体与工作缸连接处密封圈哧开断裂、压紧螺丝松动（见图3）；⑤喷口完好无损，动触头部分烧损严重；⑥SF6系统未见异常。
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2  爆炸原因分析
& u: G8 q: F; D8 u  }% {      事故断路器采用典型的压气式灭弧原理[1]，配气动操动机构。操动机构操作连杆驱动，机械压气和开断同时进行。断路器分闸时，压气缸在绝缘拉杆的带动下高速运动，压气缸内SF6气体被急速压缩，压力骤然增加[2]；当动、静弧触头分离瞬间产生电弧时，下排气口打开，SF6气体即通过压气缸中空心轴末端吹出；当开距达到熄弧距离时，主喷口突然打开，压气缸中的高速气流猛烈吹弧柱，使电弧迅速拉长和冷却，直至电流过零时电弧熄灭。
      根据断路器结构及其工作原理，灭弧室的爆炸一般发生在以下几种情况下：①绝缘拉杆连接处断裂、销子脱落以及空气压力不足，致使断路器失去足够的操作动力[3]；②电网存在过电压[4]；③灭弧室瓷瓶因污秽等造成的外绝缘闪络；④灭弧室SF6气体绝缘性能降低[5]；⑤灭弧室中压气缸的压力不足等。结合现场检查情况可排除绝缘拉杆、瓷瓶外绝缘、SF6气体绝缘性能等原因造成灭弧室的爆炸。
" l4 v$ ~# w8 |7 r% g/ W      分析认为，断路器（A相）灭弧室瓷瓶爆炸的原因在于气动操动机构中气路系统的连接密封严重受损，导致灭弧室中压气缸的压力不足以熄灭电弧所致，且灭弧异常发生在断路器接到正常分闸命令后。
      在压气式断路器的开断过程中，灭弧室中压气缸的吹弧压力以及分闸的初速度是断路器能否顺利灭弧的关键，其压力保证灭弧过程在喷口与弧触头间瞬时完成。它们完全依赖操动机构的操作力，这种力不但保证压气缸获得足够的SF6气体压力，而且还需克服被压缩气体的反压力[6]。
气动机构压缩空气动作示意图见图4。在断路器（A相）分闸开始后，因主阀体与工作缸连接处的压紧螺丝松动，在断路器分闸过程中突然发生主阀体与工作缸连接处密封圈哧开、断裂（如图3），操作用高压气体外泄，从而使操动机构提供的操作力减小，造成绝缘拉杆运动初速度降低，导致压气缸内 SF6气体压缩受阻，以致于压气缸中的SF6气体压力不足以迅速熄灭弧触头附近的电弧。因弧触头附近的灭弧过程是瞬时完成的，一旦电弧不能熄灭，电弧将在弧触头附近保持，部分电弧被SF6气体吹到不具备灭弧能力的主动、静触头间。主动、静触头的电弧无法被熄灭，燃弧带来的高温使其区域内的SF6气体压力和温度异常增高、弧触头受损，最终导致灭弧室爆炸[6]。

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3  预防措施
9 F1 \6 C4 \0 a& c* z2 P7 K      现场经验表明，气动操动机构的分闸操作力很大，分闸过程中产生的强烈机械震动易诱发有关气路系统的连接密封松动等现象。“5.12”断路器事故后，河南电网全面检查全省现役配气动操动机构的断路器。检查中又发现一台同类型断路器主阀体与工作缸连接处的压紧螺丝明显松动，所幸当时未进行操作。故加强气动操动机构，特别是有关气路的运行监视是预防气动机构断路器故障的有效措施之一。
  z! w* c7 d: K' Q5 G! l& {. H4  结  语
+ r: i; `9 d' p1 p      气动操动机构中气路系统的连接密封严重受损导致灭弧室瓷瓶爆炸，加强气动操动机构的运行监视是预防气动机构断路器故障的有效措施之一。
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djde_2000

西安高压开关厂的产品，使用的是气动弹簧机构，这种机构已被淘汰，原因是维护复杂，受气候影响大，结构不合理。
这种灭弧室爆炸的原因很多，针对这次事故，我认为文章作者的观点基本正确，但没有对灭弧室爆炸进行数值分析，显得猜测的成分和推理的成分太多。

hzfwylhhw

我们变电站也有此设备，我们要小心才好

bdlzh

2楼的说的正确，楼主发表的文章缺少一定的定量分析，220kV及以上断路器采用气动弹簧机构的在湖北基本没有。

lgf321

不错哈，谢谢啦。