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真空断路器投切电容器组时发生爆炸的原因

真空断路器投切电容器组时发生爆炸的原因

摘 要:为寻找真空断路器投切电容器组时发生爆炸的原因,在运行电网上进行了10 k V真空断路器投切电容器组的试验。5组样机为不同批号和洁净度的真空灭弧室,将其安装于同一组真空断路器上投切同一组电容器组。通过分析试验结果,得出结论:爆炸原因是真空断路器投切电容器组时发生重击穿并产生较高的过电压;真空灭弧室内部洁净度是影响真空断路器投切电容器组重击穿率的重要因素;真空断路器在投运前进行50次以上的电气老练试验是必要的。
关键词:真空灭弧室;洁净度;重击穿
  真空断路器具有体积小、质量轻、维护简单、可频繁操作、不污染环境、无火灾和爆炸危险等优点,在电力系统中应用广泛。广东电网大量采用了10 kV真空断路器,并用作投切电容器组。
  真空断路器在广东电网运行中,也暴露了一些问题。例如在投切电容器组时,发生了电容器组爆炸事故。是因为电容器组质量不良,或是真空断路器有问题导致电容器组爆炸?为探讨其原因所在及其产生机理,开展了真空断路器投切电容器组试验验证工作。
1 试验条件及试验结果
  众所周知,真空灭弧室是真空断路器的心脏,真空断路器的电气性能主要取决于真空灭弧室的设计及其生产工艺。本次试验是把注意力集中到灭弧室上,也就是说整个试验过程是研究真空灭弧室。把5组不同批号的普通型或高洁净度型的真空灭弧室作为样机,按先后次序安装于同一组真空断路器上进行投切同一组电容器组试验,每次更换灭弧室后均保证真空断路器机械特性参数前后一致,只有这样才能得到较真实的结果。
  本次试验验证现场是在原事故的某变电站某事故间隔的10 k V真空断路器及该组电容器组(事故后已更换为新的电容器)上进行投切试验,试验时的运行方式与事故当时的运行方式相同。
  试验结果见表1,真空灭弧室重击穿典型电压波形见图1。
2 试验结果分析及结论
2.1 真空灭弧室洁净度对投切的重击穿率的影响
  从表1数据可见:1~3号样机为普通型真空灭弧室,试验过程 均发生重击穿,其中1号样机情况最为严重,重击穿率达91.6%,且产生较高的过电压倍数,会损坏电气设备的绝缘;4号、5号样机为高洁净度真空灭弧室,分别进行了120相次投切电容器组,无重击穿现象发生。可见洁净度高,则重击穿率低,其过电压倍数也低,反之亦然。由此表明真空灭弧室的洁净度是何等重要,其洁净度高低关系到电气性能的好坏。 
    a)被试真空断路器型号均为ZN11-10,被试真空灭弧室型号均为BD401,投切电容器组容量均为7.8 Mvar。
    b)对于真空灭弧室,普通型是采用原工艺生产,洁净处理欠佳;高洁净度型比普通型工艺有改进,灭弧室零件用清洗  剂清洗净,并严格控制老练处理,清洁度较高。
    c)4号、5号样机是同一批的高洁净度的真空灭弧室,为了取得更有效的验证效果,特增加了样品数,抽了两组同批的样机。
  真空灭弧室洁净度可理解为灭弧室内部表面粘附杂质微粒总数目的多少。真空灭弧室在生产装配过程中,在其元件内部和表面上易形成毛刺或积聚金属和非金属微粒,半导体金属氧化物及各种污染物油脂、汗汁等。在排气工艺过程中,可以将真空补充其它去除杂质微粒的有效方法,或者去除方法不对,工艺控制不严,则杂质微粒仍没清除干净,当真空断路器在开断电流时,产生的电弧足以使这些物质分解、气化,释放出大量气体,引起灭弧室内部绝缘强度下降,造成重击穿或多次重击穿,并且产生较高过电压,损坏电气设备的绝缘。
2.2 真空断路器进行电气老练试验的必要性
  从2号、3号样机投切电容器组试验过程中发现了一个规律,重击穿概率随着投切次数的增加而减少,在投切初始的几次,出现重击穿的概率大,这是管子内部杂质微粒被烧掉,微粒数目在减少之缘故。
  电气老练试验最好是在真空灭弧室出厂以前进行,根据试验经验,最好老练50次以上,这是提高真空灭弧室洁净度的一个有效方法。
2.3 原事故电容器组爆炸的原因
  从表1数据可见,1号样机(原事故间隔的真空断路器及其灭弧室)共投切12相次(因重击穿率高,且又是在现场进行,怕出事故,所以没有再继续做下去),发生11相次重击穿,其中有1次投切还发生多次重击穿,并产生过电压高达3.44倍。过电压作用时间虽然短暂,但电容器组投切频繁,1日至少投切3次,反复作用对电容器组的绝缘是不利的,且电容器组的绝缘水平为工频耐压值1.3×11 k V,1 min,过电压倍数远高于其绝缘水平,因此在过电压的反复作用下,电容器组绝缘遭受损伤,最终导致绝缘击穿,发生爆炸事故。
3 结束语
  试验验证取得了预期效果。电力运行部门根据试验验证提供的技术依据,为防止电容器组爆炸等类似事故发生,把原普通型的真空灭弧室全部更换为高洁净度的真空灭弧室,更换后运行多年,至今无事故发生。真空灭弧室生产厂家收益匪浅,取得了现场试验第一手资料,改进生产工艺,提高真空灭弧室洁净度,生产出无重击穿的真空断路器。

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