董锦川

（国网新源潘家口蓄能电厂，河北 唐山 064309）

空气断路器绝缘瓷柱爆裂事故的分析

董锦川

（国网新源潘家口蓄能电厂，河北 唐山 064309）

介绍了一起DB-20R2000 型空气断路器绝缘瓷柱爆裂的短路事故。通过对事故现象的分析，查明事故原因，并阐述了事故的潜在危害性，提出了防范措施及改进建议。改进后的开关设备经受了大负荷的考验，可靠性大大提高。

空气断路器；绝缘瓷柱爆裂；短路事故

潘家口蓄能电厂位于河北省迁西县，属潘家口水利枢纽工程的二期工程，是我国第一座投入运行的中型混合式抽水蓄能电站,主要承担华北电网调峰调频和事故备用任务。一期工程隶属水利部管辖，有1座2 9.3亿m3的水库、及1台150 MW国产常规机组；二期工程由国网新源控股有限公司潘家口蓄能电厂管辖，有3台引进的意大利ABB公司生产的9 0MW抽水蓄能机组及下池拦河坝。二期工程于1984年5月开工，1993年底全部竣工并投入商业运营。由于抽水蓄能机组的特点是启停频繁，因此，该厂在3台蓄能机组13.8kV出口处，安装了低电压大电流的DB-20R2000型空气断路器，用来满足系统需要时抽水蓄能机组能以相应的工况可靠并网运行。下面介绍一起该型断路器绝缘瓷柱爆裂的短路事故。

1 事故经过

1.1 事故前运行方式

潘家口蓄能电厂出线部分采用双母线经母联开关2245带旁路母线，经潘遵Ⅰ回线、Ⅱ回线与华北电网相联接。3 台单机90 MW的抽水蓄能机组出口额定电压为13.8 kV，水泵/ 水轮机电压侧采用单机单变即单元接线方式，主变压器高压侧电压为220 kV 并采用有载调压方式。事故前4 号机组在水泵工况运行，机组负荷为-90 MW，出口开关04DL(DB-20R2000 型空气断路器)在合闸位置，主变压器高压侧开关2204DL(SW6-220/1200 户外型少油断路器)在合闸位置，厂用42 号变由4 号主变低压侧带厂用电Ⅱ段，如图1 所示。

1.2 事故现象

图 1 事故前运行方式

事故前一日21:28，4 号机组正常停机；22:10，4 号机组经变频器开机并网抽水。事故当日05:31应董锦川（国网新源潘家口蓄能电厂，河北 唐山 064309）空气断路器绝缘瓷柱爆裂事故的分析中调令4 号机停机；05:32，4 号机停机顺控操作开始执行；05:33，厂用电Ⅱ段电压消失，备自投动作正常，厂用电Ⅱ段供电正常，厂用42B 高压开关12DL 未分。

中控室信号：“发电机保护报警”、“2213收发讯机动作”，操作一览表出“发变组保护动作”、“4号机电气事故停机操作”、“旁路距离保护异常”。

机旁盘信号：“142.8 电动机过流”、“主变低电压”、“定子100 %接地”、“机变组距离保护动作”、“4 号机接地保护动作跳闸”、“4 号机主变距离保护跳闸”、“高压回路断开”。

运行人员检查继电保护室P16 盘2204 开关TWJ 继电器励磁，HWJ 失磁；现场检查2204 开关在分位，4 号主变压器本体和出线开关2204 正常，机组出口开关04DL 绝缘瓷柱(A，B，C 三相)爆裂，开关本体及动、静触头严重烧损(见图2)。

图2 爆裂开关C相瓷柱

运行人员拉开4 号主变压器操作直流开关4DK，拉开机组出口开关04DL 操作直流开关F1，F2；关闭04DL 供气阀4405 和4406。05:35，4 号机组电气事故停机操作成功。

2 事故分析

2.1 事故现象分析

05:32:49，4 号机组抽水转停机流程执行；05:33:05，4 号机组出口断路器04DL 分闸，分闸过程中，系统侧C 相瓷柱由于剧烈震动而发生爆裂，使得C相工作触头由于没有可靠的压缩空气灭弧，分闸时产生弧光使断路器本体金属部分单相接地，短路电流传递到断路器的隔离开关三相上引发开关相间短路；05:33:06，发电机接地保护动作，4 号机组电气事故停机流程启动，4 号机变距离保护0 s 出口动作，使主变出口开关2204DL 跳闸，高压断路器把系统与故障点分开，同时也切断了主变压器低压侧的励磁变压器，使得发电机(电动机)失去励磁。

如果2204DL不能正确动作，220kV系统会不断将电流送到故障点，直到断路器失灵保护起作用，因此会进一步扩大事故范围，影响到其他机组的安全运行，严重时会直接影响华北电网的安全稳定。可见这次断路器瓷柱爆裂短路事故的潜在危害不容小视。

2.2 事故原因分析

DB-20R2000 型空气断路器为ABB 公司1989年生产，额定电压为20 kV，额定电流为5 200 A，遮断容量为13.8 kV 时69 kA，分闸时间55 ms。断路器使用1.6 MPa 压缩空气，是断路器灭弧和操作机构的动力源，储气罐容量0.6 m3，压缩空气通过空压机系统供给。压缩空气作为灭弧介质的优点是开断电流时断路器的绝缘恢复特性较好，切空长线和开断变压器的空载电流能力强。断路器本体有6个分流断流器和3 个隔离开关，每个分流断流器下端各有2 个绝缘瓷柱，起支撑分流断流器和导通灭弧压缩空气的作用。该型断路器的主要缺点是震动大、噪声响、管路易漏气、检修难度大等。

自1992 年投入运行，14 年来，该断路器分合闸6 662 次，设备存在的问题日益显现，多次发生因故障引起的非计划停运，已严重地影响了该厂的安全运行，主要表现在设备老化、检修难度大、配件缺乏等几个方面。DB-20R2000 型断路器在技术上已被淘汰，设备生产厂家于2000 年已停止生产，现场检修维护需要的零配件，特别是密封件难于保证供货，检修工期经常受影响，同时，备品配件昂贵，检修费用很高。

1994-2005年间该厂对此断路器进行了3次大修和9次小修，主要是对灭弧室解体清扫检查、更换处理烧损动静触头、操作机构清扫、传动部位注润滑油、紧固各部螺栓、更换密封垫等，同时还进行绝缘电阻、分合闸时间、交流耐压和同期等电气试验。由于该厂各类电气设备绝缘瓷柱(瓶、套管等)从未出现裂痕等现象，检修维护单位也没有相应的检测设备和专业检测人员，故未对断路器支持瓷柱进行探伤检测。

事故发生时机组出口断路器C相燃弧未被吹断，形成对开关金属部分接地。由于机组定子绕组中性点引出为通过接地电阻接地运行，C相接地电流通过开关外壳、大地和发电机中性点构成闭合回路，此时流过该闭合通道的为单相接地短路电流，此短路电流足可将空气电离，使得断路器瞬间发生三相弧光短路，最终造成断路器爆炸。

根据以上分析，可以得出以下结论。

(1) 这是一起由于断路器瓷柱爆裂而引发的断路器短路爆炸事故。究其原因：一是开关运行时间长；二是断路器分合闸时振动较大、噪声响；三是断路器分合闸次数多。

(2) 在该断路器分闸切断负荷电流时，由于断路器本体振动过大，使支持瓷柱强度受损，系统侧C相工作绝缘瓷柱瞬间爆裂，导致断路器烧损事故。

(3) 4号主变压器距离保护的正确动作，使主变出口开关2 2 0 4 D L跳闸，切断0 4 D L由于分闸故障产生的短路电流，防止了事故的进一步扩大。

3 经验总结

(1) 通过对这次事故的分析发现，相关人员对进口设备性能了解不够深入，技术资料收集不够全面；没有对绝缘瓷柱进行探伤检验的技术标准，对老化部件缺乏检测手段。

(2) 防范措施：① 加强对断路器等设备的巡视检查；② 定期做好设备的维护和检修工作；③加强设备的运行监视，做好事故预想；④ 增加对瓷瓶绝缘部件的检测，发现异常及时处理；⑤ 抓紧做好设备的选型工作，更换3台断路器。

(3) 事故发生时，好在没有工作人员在现场，否则，会发生重大人身伤害事故。因此，在机组出口开关分合闸时，工作人员应尽量远离此设备，或者在断路器围栏处安装网状金属框架并镶嵌有机玻璃，既方便工作人员巡视检查设备，同时又能防止人身伤害的发生。

(4) 建议安装有类似DB-20R2000型空气断路器的单位，加强对支持瓷柱的探伤检测，或者尽早更换为新型的机组出口断路器

4 结束语

该厂于2006-2008 年陆续将3 台DB-20R2000型空气断路器更换为法国AREVA 公司生产的FKG2S 型发电机出口断路器。该型断路器为SF6 三相户内敞开式，额定电流为6 300 A、额定电压为17.5 kV、额定短路关合电流为173 kA。其特点是噪音低、震动小、电气寿命长、绝缘强度高、断弧能力强、无燃无爆、方便调试和维护、机械操作分合次数大于10 000 次。同时，机变组保护亦同步改造，更换为DRS-COMPACT 数字保护(北京维奥机电设备有限公司生产)。

该厂所使用的F KG2S型S F6断路器经受了2007年和2008年华北电网夏季大负荷的严峻考验，运行正常，使蓄能机组可靠性大大提高，确保了全厂安全生产的稳定。

2006-08-26；

2009-10-05)