電容器投切過(guò)電壓引起的開(kāi)關(guān)故障分析

1引言
　　真空斷路器由于結構緊湊、答應的機械及電氣壽命較油開(kāi)關(guān)存在明顯的上風(fēng)，故此，近年來(lái)在國內10kv及35kv系統中得到了廣泛的應用，尤其應用在投切電容器組方面。但根據現有的運行經(jīng)驗，國產(chǎn)35kv真空開(kāi)關(guān)，無(wú)論設計水平、還是制造工藝上都相對欠缺，尤其是操動(dòng)機構的可靠性方面急需進(jìn)一步的進(jìn)步。而進(jìn)口35kv真空開(kāi)關(guān)其制造工藝及機械電氣性能都較優(yōu)，但國外35kv系統多為接地系統，生產(chǎn)的系列產(chǎn)品其盡緣性能多不能滿(mǎn)足我國的35kv電壓等級的要求。國內部分合資廠(chǎng)家引進(jìn)技術(shù)，經(jīng)過(guò)加強盡緣，生產(chǎn)的35kv真空開(kāi)關(guān)，保存了進(jìn)口開(kāi)關(guān)的很多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)滿(mǎn)足了國內35kv電壓等級的盡緣要求，性能相對可靠。但由于進(jìn)口開(kāi)關(guān)原設計結構的限制，盡緣改進(jìn)后的產(chǎn)品仍有部分技術(shù)性能不能滿(mǎn)足國內有關(guān)技術(shù)要求，此類(lèi)設備的運行也存在一定的隱患。下面就一起投切電容器過(guò)電壓引起的進(jìn)口鎧裝真空開(kāi)關(guān)盡緣故障作具體分析。多用表| 驗電筆| 示波表| 電流表| 鉤表| 測試器| 電力計| 電力測量?jì)x| 光度計| 電壓計| 電流計|
圖1故障發(fā)生時(shí)的運行方式

2故障前運行方式及保護監控信號
　　故障發(fā)生時(shí)的運行方式如圖1所示。各電容器參數見(jiàn)表1。各電容器自投產(chǎn)沖擊試驗至事故發(fā)生時(shí)，累計操縱次數見(jiàn)表2。
表1各電容器參數

表2各電容器自投產(chǎn)沖擊試驗至事故發(fā)生時(shí)的累計操縱次數

2.1保護及監控動(dòng)作情況
　�。�1電容器和＃4電容器相繼由運行改熱備用，之后，162ms內出現35kvi、ii段母線(xiàn)瞬時(shí)接地。＃4電容器ia越高限（電流380.752a）;ib越高限（電流379.873a）。＃1主變35kvab相電壓uab為36.590kv。35kv母差交流電壓回路斷線(xiàn)動(dòng)作，35kv母差保護動(dòng)作，35kv母分開(kāi)關(guān)分，＃2電容器開(kāi)關(guān)分。
2.2故障現象
　　檢查開(kāi)關(guān)室，＃4電容器柜有煙霧，＃4電容器開(kāi)關(guān)小車(chē)拉至柜外，發(fā)現＃4電容器開(kāi)關(guān)內部故障，開(kāi)關(guān)本體燒毀，c相特別嚴重。開(kāi)關(guān)母線(xiàn)側三相短路，35kv母差保護動(dòng)作。檢查＃4電容器組設備完好，發(fā)現＃4電容器組避雷器三相各動(dòng)作一次。避雷器的型號為y5wr-51/134。

3故障斷路器解體測試
3.1試驗儀器
盡緣電阻測試儀:型號pc270-2h　使用2500檔
150kｖ工頻耐壓設備如下:
直流電阻測試儀:型號mom600a　瑞典
開(kāi)關(guān)機械特性測試儀:型號x-bt100　德國
3.2丈量盡緣電阻
在故障斷路器未作任何處理情況下測試，盡緣電阻丈量數據如表3所示。
表3故障斷路器處理前的盡緣電阻

　　用棉布浸無(wú)水酒精清洗三相盡緣筒及觸臂，同時(shí)將棉布從盡緣筒上端伸進(jìn)，清洗盡緣筒內表面和真空滅弧室外表面。盡緣筒外表面碳黑基本清除，清洗后，用電吹風(fēng)吹干。再次丈量盡緣電阻，丈量結果如表4所示。
表4故障斷路器處理后的盡緣電阻

3.3工頻耐壓試驗
3.3.1斷口試驗
斷口試驗的接線(xiàn)方式為:開(kāi)關(guān)上觸臂接高壓，下觸臂接地。丈量結果如表5所示。
表5故障斷路器斷口試驗結果

3.3.2機械操縱及特性試驗
機械操縱及特性試驗的丈量結果如表6所示。
表6機械操縱及特性試驗丈量結果

三相真空滅弧室外包熱縮套割往后，進(jìn)行工頻耐壓試驗。丈量結果如表7所示。
表7往除熱縮套后的工頻耐壓試驗丈量結果

c相真空滅弧室開(kāi)距拉大至14mm，工頻耐壓為88kv，外部閃絡(luò )。經(jīng)過(guò)實(shí)測，開(kāi)關(guān)主要盡緣部件爬距如表8所示。
表8開(kāi)關(guān)主要盡緣部件爬距丈量結果

破開(kāi)a、c相真空滅弧室檢查發(fā)現，滅弧室消息觸頭及屏蔽罩嶄新，未發(fā)現觸頭燒損現象。

4故障原因分析
　　對于電源中性點(diǎn)不接地系統中開(kāi)斷中性點(diǎn)接地的電容器，產(chǎn)生過(guò)電壓的分析如下。
設a相電流過(guò)零時(shí)，首先開(kāi)斷。此時(shí)a相電源電壓為最大值em，令em＝1。經(jīng)過(guò)半個(gè)工頻周期時(shí)的各點(diǎn)電壓如圖2（a）所示。此時(shí)，(a－a’’’’)間恢復電壓為3，若重燃并在高頻電流第一次過(guò)零時(shí)熄弧，a’’’’點(diǎn)有最大電位為－3。再經(jīng)過(guò)半個(gè)工頻周期，各點(diǎn)電壓如圖2（b）所示。a點(diǎn)電位升至＋3，（a－a’’’’）間恢復電壓達6。按照上述分析方法，分析a、b兩相先后斷開(kāi)時(shí)的過(guò)電壓，可知先后開(kāi)斷的過(guò)電壓比一相開(kāi)斷后兩相同時(shí)開(kāi)斷時(shí)要高�？梢�(jiàn)，開(kāi)斷電容器時(shí)，有可能產(chǎn)生的操縱過(guò)電壓是比較高的。

圖2電源中性點(diǎn)不接地系統a相先開(kāi)斷電容器
　　根據上述分析，結合試驗數據及開(kāi)關(guān)解體檢查情況分析，我們發(fā)現故障是由于該斷路器斷口及盡緣拉爬距嚴重不足造成的。爬距不到國標規定的35kv加強盡緣有機盡緣爬距810mm、瓷盡緣爬距729mm的一半的要求。同時(shí)斷口工頻耐壓水平裕度較小。在系統出現過(guò)電壓的情況下，輕易出現盡緣事故。根據燒損斷路器的外觀(guān)檢查，我們以為開(kāi)關(guān)故障主要原因是產(chǎn)品出廠(chǎng)時(shí)外盡緣存在盡緣隱患，在開(kāi)斷＃4電容器時(shí)，由于出現電弧重燃，產(chǎn)生暫態(tài)過(guò)電壓，引起滅弧室外部盡緣閃絡(luò )。在開(kāi)關(guān)外盡緣筒內壁填充盡緣固化發(fā)泡材料，增加斷口間盡緣水平。采取上述措施后斷路器順利投進(jìn)運行。

5結論
　　5.1進(jìn)口35kv開(kāi)關(guān)一般按照不接地系統設計，投進(jìn)國內35kv系統運行必須需經(jīng)過(guò)盡緣改造。
　　5.235kv緊湊式開(kāi)關(guān)內外盡緣裕度不足，尤其受滅弧室結構限制，滅弧室爬距常不能滿(mǎn)足要求，需采取有效措施改善斷口間盡緣強度。
　　5.3投切電容器的真空開(kāi)關(guān)須經(jīng)過(guò)電流老化和投切試驗后，方能投進(jìn)系統運行。