真空断路器烧毁事故的原因分析和防范措施

真空断路器烧毁事故的原因分析和防范措施

赵进

云南电网有限责任公司红河供电局 云南蒙自 661100

摘要：随着国家对电力系统安全运行要求的提高,变电站作为电力系统的基本运行单元,其安全性对电力系统的安全有重要的意义,如何防止变电站内部事故的发生,避免事故的扩大,需要不断的总结分析事故发生的原因,本文就是基于这种理念,建议使用真空断路器操作的开关设备,为确保变电站安全运行,必须安装过电压保护器,以提高供电系统网络设备的安全可靠性,保证安全供电,确保供电系统设备运行正常。

关键词：真空断路器；烧毁事故；原因；防范措施

1存在的问题

1.1设备老化、损坏或失效

变电站内部设备可能由于长时间运行和外部环境的影响而出现老化、损坏或失效。这些问题可能包括部件松动、腐蚀、磨损等，增加了设备故障的风险，影响变电站的正常运行。

1.2 过电压问题

变电站面临突发的过电压情况，可能由于外部电网故障（如闪电、线路短路等）或电网调整和操作失误引起。过电压情况可能导致设备故障或损坏，对设备的正常运行产生不可逆的影响。

1.3 过载问题

设备可能面临过载工况，即负载超过了其额定负荷容量。过载问题可能由长时间过负荷运行、负载过大或设备过载运行引起。过载状态下，设备可能会过热、损坏甚至引发火灾，对变电站的安全运行带来威胁。

1.4 短路问题

设备短路可能由设备自身的故障或外部因素引发。设备故障如绝缘失效、短路电阻异常等，可能导致短路故障发生。此外，外部因素如动物触碰、灌木丛生等也可能导致设备短路。短路问题可能造成设备损坏、电弧产生，甚至引发火灾或人身伤害。

2原因分析

2.1绝缘老化和绝缘失效

绝缘系统在变电站内部设备中起着关键作用，用于隔离和保护电气部件，防止电流泄漏和电弧放电。然而，随着时间的推移，绝缘材料可能会经历老化和失效，导致绝缘性能下降，增加设备故障和事故的风险。绝缘老化的原因包括高温、湿度、化学物质侵蚀和电气应力等因素。高温使绝缘材料变硬、干燥和脆化，湿度和水分可能导致吸湿和介质击穿，化学物质侵蚀会腐蚀绝缘材料，电气应力可能引起电应力老化。绝缘老化和失效可能导致绝缘性能下降和绝缘击穿。绝缘性能下降会增加漏电和电弧放电的风险，而绝缘击穿可能导致设备故障、火灾甚至人身伤害。

2.2触头的烧蚀失效分析

触头烧蚀与其开断电流直接相关。

额定工频电流下触头的熔化程度几乎为零，触头融蚀是在大电流高温下产生的。当断路器开断超过额定电流的电网短路电流时，材料融蚀程度会急剧上升，为材料的损失创造条件。

触头表面的粗糙程度会加剧电流在表面凸起处的收缩程度，导致触头发热更加严重。此外，燃弧电流的作用时间也十分重要，即使作用电流为短路电流，当电流作用时间过短时，材料的融蚀量并不大。

2.3电磨损和开距变化，动、静触头间的接触电阻变大

真空断路器由于密闭在真空灭弧室内，动、静触头面对面接触，断路器开断过程触头烧蚀，造成触头的磨损，触头厚度减小，触头的开距发生变化，随着触头磨损，接触表面情况恶化，动、静触头间的接触电阻变大；动、静触头磨损也会使触头间开距发生变化，导致触头间弹簧压力的减少，动、静触头间的接触电阻也会变大。

3防范措施

3.1红外成像检测法

红外检测通过测量温度分布和温度幅值来判断触头烧蚀状态。触头温升由动静触头电阻和触头接触电阻产生，同时受到触头表面的粗糙程度和触头压力水平的影响。每次进行分合闸操作，电流集中在触头表面通过，触头表面材料在电流的高温作用下融蚀。合闸时动静触头表面融蚀的材料发生粘连，分闸时不对称地附着在两极触头上，在触头表面产生粗糙凹坑与凸起。当分合闸电流再次流过触头表面时，电流会首先在这些凸起上收缩通过，增加电流密度的同时增加触头的温升。当触头接触时压力过小或粗糙度过大，无法压紧触头，接触不佳会产生过高的温升。

3.2三相过压保护器应用

①独特的单间隙设计,使动作更加稳定可靠,提高了瞬时状态下过电压的能力;②其达到动作后消除截波和续流的产生,间隙不再承担灭弧任务,仅起截断工频电压的作用,使其冲击系数降到1成为现实;③其针对不同类型负载如电动机类;发电机、变压器、母线类;电容器类共分三类进行个性保护,同时合理科学地选取ZnO各项技术参数解决了续留、载波冲击系数等问题,综合辩证采用“三相一地”的过电压保护理论,使相间过电压大大降低(与普通避雷器相比下降了60%~70%),更加可靠地保护了被保护设备的绝缘安全;④在系统发生较高谐振过电压时,由于间隙击穿,在电网中突然接入电容,在破坏了谐振条件,阻止了振荡,有利于消除谐振过电压。

3.3技术措施

(1）提高真空断路器波纹管的材料和装配质量。真空灭弧室的运动部分采用波纹管连接的，断路器经多次分合闸动作后，会产生细小的裂纹，从而破坏灭弧室的真空度；所以生产厂家提高波纹管的材料强度和装配质量，保证灭弧室的密封度。

(2）定期做好对真空断路器的机械特性和接触电阻的测量工作。利用年度停电检修时机，应定期检查真空断路器电磨损和开距变化情况。进行真空断路器的同期、超行程等特性测试，采用直流压降法测量回路电阻，根据阻值来判断触头的氧化、磨损等，及时发现问题并加以解决。

(3）做好断路器灭弧室真空度的测试。对于一体式手车真空断路器，运行人员巡视时，很难判断、发现断路器真空灭弧室外部是否有放电现象。

实际工作中，一般采用工频耐压试验，定期对断路器真空灭弧室真空度进行检测，虽然工频耐压属于破坏性试验，但能有效发现灭弧室真空度的缺陷。而使用真空测试仪对真空灭弧室进行真空度的定性测试，是真空灭弧室真空度检测的最好方式。当真空度降低时，必须更换真空灭弧室。

(4）安装断路器真空度在线检测、监测装置。随着无线通讯、SCADA等在电力系统上的广泛应用，可以实现真空度的在线检测、监测，可采用压力检测法、耦合电容法、电光变换法、超声波检测法、非接触式微波传感技术等。如在真空灭弧室制造中植入压力传感器，当真空度降低时，灭弧室内的气体密度变大，内部气体压力会升高，将检测到的压力变化数据向后台传来监测真空度的变化；非接触式微波传感技术，是使用无源传感技术检测微波信号，捕捉真空断路器运行状态下真空度异常时的特殊反馈信号对灭弧室真空度进行在线检测、监测。

3.4动态电阻检测法

动态接触电阻测量的方法是近年来常用于触头状态检测的方法。通过测量触头的动态电阻-时间曲线，结合触头行程-时间曲线可得到动态电阻-行程曲线，判断主弧触头的烧蚀状态。每个动静触头上都具有一对主弧触头，闭合状态时两种触头呈并联状态。电流分断的初始阶段，弧触头电阻较大，此时测出的动态电阻可认为是主触头电阻；随着触头行程增大，主触头分开，弧触头仍然接触，此时所测电阻为弧触头电阻。因此，动态电阻-行程曲线可作为触头状态诊断的最佳曲线。

结论

通过对真空断路器因真空度降低使触头氧化、接触电阻增加、发热，从而导致断路器烧毁原因的分析，提出了提高断路器波纹管材料质量和装配、安装断路器真空度在线检测、监测装置等针对性措施，防止和实时监测真空度降低，避免类似事故再次发生。

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