摘要：断路器是电力系统中最重要的电气原件之一，在运行过程中断路器承受的电流比较大，且对绝缘水平要求较高，当断路器通过电流大于限制电流或绝缘击穿放电时都有可能导致断路器爆炸事故的发生。本文深入分析了一起SF6断路器爆炸事故的原因，并且提出相关的防范措施，以供同行参考。
关键词：SF6断路器；爆炸事故；原因；措施
1.现场检查情况
1.1一次设备检查
5623断路器C相灭弧室瓷套粉碎性炸裂，动、静触头有明显电弧烧蚀痕迹。5623断路器C相处于分闸位置。
1.2保护装置及故障录波器动作检查
1.2.1保护装置动作情况。故障发生后，5623滤波器零序过流保护动作，发启动失灵信号；母线保护收到失灵动作信号后，开始计时，延时7s跳开进线开关，切除故障断路器上级电源。
1.2.2故障录波器检查。19:30:00.513ms时刻5623开关三相分闸到位，且已熄弧。在断路器开断后70ms、79ms时刻分别发生两次击穿重燃。19:30:09.827ms时刻两套滤波器保护零序过流Ⅱ段动作，A、B两相均无电流，而C相电流为稳定持续的正弦波。故障录波显示整个故障时序如图1。
2.故障原因分析
2.1原理分析
5623断路器负载为并联电容器，当断路器分闸时，电容器组电压为母线电压，相位与母线电压相反，此时，断路器两端承受电压为母线交流电压和电容器直流电压之差。对于500kV断路器而言，此时断口间恢复电压约为900kV。
2.2灭弧室爆裂原因分析
2.2.1灭弧室瓷套爆炸起因。断路器运行过程中，频繁操作导致动、静触头之间摩擦产生少量金属粉尘。当金属粉尘积累到一定程度，在分闸运动时受喷口吹气作用，在高压气流及电磁场作用下，积聚在断口附近的金属屑的位置会随之变化，引起灭弧室内电场畸变，导致5623断路器母线侧灭弧室内从静主触头起沿瓷壁发生贯穿性击穿。当母线侧灭弧室击穿后，滤波器侧灭弧室承受两倍（一个断口承受两个断口的电压）的电压，引起静触头对瓷壁的击穿，进而导致瓷套炸裂。
2.2.2放电过程。5623断路器接到分闸命令后，正常分闸并开断负载电流，电弧熄灭。假定电流熄灭时刻为0ms，根据现场故障录波，5623开关在电弧熄灭后70ms，母线电压接近峰值，同时由于电容器上存在残余电荷，电容器侧的电压相位与母线侧相反。两者电压叠加，在高电压及气流作用下，金属粉末位移引起灭弧室内电场畸变，母线侧灭弧室发生沿瓷壁放电，该侧导通。母线侧灭弧室击穿后，断路器两端电压全部施加在滤波器侧灭弧室断口上，致使该侧断口因电压过高而击穿，此时短路电流峰值达到5700A（正极性）。母线电压在达到峰值后逐渐衰减，电流持续2.8ms后，在灭弧室SF6气体作用下自然消失，第一次重燃结束。
断路器内部发生贯穿性击穿后，电容器侧充电，电压幅值与母线电压接近，相位与母线电压相反。
由于已经形成了放电通道，第一次放电9ms后，母线电压与电容器电压翻转再次接近峰值。此时，断路器两端电压再次叠加，在高电压作用下发生第二次击穿，此时短路电流为3000A（负极性）。同第一次情况类似，电弧重燃持续时间约5ms后，在电压衰减及SF6气体绝缘的共同作用下，电弧熄灭。图3显示电压叠加示意图。
在两次重燃过程中，电弧均对滤波器侧灭弧室瓷套内壁放电。由于灭弧室瓷套本身为高强瓷材料，具有脆硬性，在高强电场力作用下，发生粉碎性炸裂。滤波器侧灭弧室炸裂后，SF6气体大量泄漏，导致灭弧室动、静触头完全暴露在空气中。
由于母线侧灭弧室内部已完全击穿，滤波器侧动、静触头之间已基本不具备绝缘性能。2s时，在母线电压及电容器残压作用下，在滤波器侧动、静触头之间形成持续的放电通道，放电电流为200A（额定电流），持续时间为7s。9s时，保护动作，断开故障断路器上级电源，电弧熄灭。
3.结论及改进
综上所述，5623开关C相灭弧室瓷套炸裂的主要原因为灭弧室中存在异物，导致母线侧灭弧室瓷套内壁从静端主触头至动端法兰发生贯穿性沿面放电，使电场分布发生畸变，最终导致滤波器侧断口电压过高，灭弧室静端主触头对瓷套上部放电，致使具有脆硬性的灭弧室瓷瓶发生爆裂。
分析认为，灭弧室内粉尘为触头摩擦物，粉尘的多少与断路器装配的工艺控制有关。为避免此类事故的再次发生，在后续断路器灭弧室内零部件装配过程中，需对制造公差、装配差异、气缸内润滑油脂的涂抹方法进行严格把控。
参考文献：
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[2] 李璐.牛田野.姜国庆.许东升.王毅.兰琦.鲁永.一起500kVSF6断路器爆炸事故的分析[J].中国电机工程学报,2016
论文作者:谢树泳
论文发表刊物:《电力设备》2017年第22期
论文发表时间:2017/12/12
标签：断路器论文; 电压论文; 母线论文; 滤波器论文; 断口论文; 电流论文; 电弧论文; 《电力设备》2017年第22期论文;