刘天宇，刘志林，刘涛玮，杜 鑫，张泽辉

(1.内蒙古电力(集团)有限责任公司内蒙古电力科学研究院分公司，内蒙古 呼和浩特 010020；2.内蒙古电力(集团)有限责任公司阿拉善供电分公司，内蒙古 阿拉善 750300)

利用真空作为绝缘和灭弧介质的断路器称为真空断路器，主要由真空灭弧室、操动机构、传动机构和支撑绝缘子组成[1]。真空灭弧室真空度在1.33×10-5～1.33×10-2Pa，属于高真空范围，因此触头间的绝缘强度很高。真空断路器燃弧时间短，电气寿命比较长，触头开距和行程小，操作能量小，机械寿命也比较长，因此广泛应用于35 kV及以下断路器。

随着电网容量不断增加，并联电容器操作也越来越频繁，由此产生的操作过电压时有发生。现行规程[2]规定电容器组应使用无重击穿开关，但是大量试验数据表明[3-5]，35 kV真空断路器平均重击穿率达5%～10%。阻容过电压保护器可以有效减小负载特征阻抗和振荡频率，增大重燃衰减系数，降低重燃过电压幅值。

1 故障情况

2021年8月30日，某220 kV变电站341间隔电容器保护装置过流Ⅰ段、Ⅱ段保护动作，随后1号主变保护装置低压侧复压过流Ⅱ段时限动作，引起1号主变高压侧及低压侧跳闸。

经现场检查，1号主变外观未见异常，201断路器、301甲、301乙开关柜外观无异常；341开关柜阻容过电压保护器B相顶部炸裂；341间隔真空断路器B相、C相真空泡有多处放电痕迹，B相连接排上有金属喷溅物，C相侧开关柜柜体有明显放电烧蚀痕迹。

341间隔真空断路器型号ZN65A-40.5，出厂日期为2006年4月，投运日期为2007年3月。截至2021年7月，341间隔真空断路器例行试验结果均满足关于DL/T 393—2010《输变电设备状态检修试验规程》规定[6]。

2 诊断试验及其分析

2.1 1号主变诊断试验

由于本次故障引起1号主变高低压侧跳闸，根据1号保护装置动作情况分析，折算一次故障电流最高为10 400 A，因此需要对1号主变进行诊断性试验。

a.绝缘油色谱试验

绝缘油色谱试验结果见表1。根据DL/T 393—2010《输变电设备状态检修试验规程》规定，C2H2、H2、总烃含量均在规程要求范围内，说明绝缘油色谱试验结果合格。

表1 绝缘油色谱试验结果 单位：μL/L

b.绕组各分接位置电压比

1号主变绕组各分接位置电压比试验结果见表2。根据DL/T 393—2010《输变电设备状态检修试验规程》，额定分接位置初值差不超过±0.5%，其他分接位置初值差不超过±1%。测试结果均在规程要求范围内，说明绕组各分接位置电压比试验合格。

表2 绕组各分接位置电压比试验结果 单位：%

c.低电压短路阻抗试验

1号主变低电压短路试验结果见表3。根据DL/T 393—2010《输变电设备状态检修试验规程》规定，油浸式电力变压器绕组短路阻抗初值差不应大于±3%。测试低电压阻抗偏差0.29%，在规程要求范围内，低电压阻抗试验合格。

表3 低电压阻抗试验结果

根据以上变压器诊断性试验，本次开关柜故障引起主变跳闸，并未造成1号主变绕组变形及绝缘故障。

2.2 阻容过电压保护器试验

普通干式阻容过电压保护器由笼式网状电阻及电容单元组成，可有效抑制由并联电容器操作引起的高频振荡过电压，降低断路器重燃率，保证并联电容器的安全运行。

故障造成341开关柜阻容过电压保护器B相顶部炸裂，笼式网状电阻烧毁，如图1所示。

图1 B相笼式网状电阻烧毁

阻容过电压保护器电阻及电容单元试验结果见表4。

表4 绕阻容过电压保护器试验结果

根据试验结果表明：A相及C相笼式网状电阻及电容单元均完好，试验结果相关满足规程要求;B相笼式网状电阻已烧毁，无法进行试验;B相过电压保护器电容量测试值与额定值偏差较大，怀疑内部电容单元存在烧蚀损坏。

2.3 真空断路器交流耐压试验

现场检查发现，341间隔真空断路器B、C相真空泡存在多处放电痕迹，为了诊断真空断路器的绝缘状况，对真空断路器进行了交流耐压试验，分别在真空断路器分闸、合闸状态下进行，试验电压为出厂试验值的80%，即Ut=95×80%=76 kV。交流耐压试验结果见表5。

表5 真空断路器交流耐压试验结果

交流耐压试验结果表明：

a.在真空断路器A相试验中，内部灭弧室完好，绝缘性能良好。

b.真空断路器B相及C相在合闸状态下分别施加21 kV和23 kV电压，即发生闪络击穿现象，说明B相及C相灭弧室内部真空度已发生破坏，绝缘性能已大幅度降低，无法耐受交流耐压试验电压值。

3 现场解体过程与原因分析

3.1 阻容过电压保护器拆解

首先对341间隔阻容过电压保护器进行拆解，利用切割机将阻容过电压保护器纵向切开，见图2。阻容过电压保护器顶部一电容单元烧蚀明显，内部电容芯子已融化喷出且烧结为块状，见图3。

图2 阻容过电压保护器纵向剖开

图3 电容芯子烧结为块状

3.2 真空断路器拆解

将真空断路器灭弧室从开关柜体内拆卸下来，拆开B相灭弧室瓷套管，有碳化痕迹，静触头座烧蚀严重，被高能量放电击穿出一个小孔，金属融化，且金属融化物喷溅到瓷套内壁处，静触头色泽发黑，有烧蚀痕迹及轻微金属融化痕迹，见图4及图5。

图4 B相静触头座烧蚀严重

图5 B相静触头烧蚀痕迹

A相灭弧室光洁如新，无放电烧蚀痕迹，与交流耐压试验结果相对应，灭弧室完好无损。C相灭弧室同样存在静触头座烧蚀现象，静触头色泽发黑。三相灭弧室拆解对比，见图6。

图6 三相灭弧室拆解对比

3.3 故障原因分析

341间隔阻容过电压保护器已运行近15年，据了解，运维单位2014年后未对阻容过电压保护器进行预防性试验。B相笼式网状电阻及顶部电容电元烧毁炸裂，根据故障录波图显示，故障首先造成B相、C相两相短路，瞬间发展为三相短路，可能是由电容单元芯子融化喷溅导致开关柜内发生相间短路及三相短路故障。

根据真空断路器设备解体情况分析，B相及C相真空断路器灭弧室内存在放电烧蚀痕迹，怀疑本次故障前真空断路器内部真空度已下降，导致绝缘性能降低。根据交流耐压试验结果，虽然B相、C相真空断路器内部真空度已破坏，但是依然可以耐受20 kV左右的电压，所以运行中未发生击穿，由于阻容过电压保护器电容芯子融化喷溅才导致本次故障发生。该真空断路器已运行近15年，可见阻容过电压保护器可以有效抑制由并联电容器操作引起的高频振荡过电压。

解体过程中还发现，341开关柜相间净距仅为250 mm，不满足国家能源局《防止电力安全生产事故的二十五项重点要求》[7]中关于40.5 kV开关柜空气绝缘净距不小于300 mm的要求。

4 结论

a.普通干式阻容过电压保护器可有效抑制由并联电容器操作引起的高频振荡过电压，其应按周期开展巡检及例行试验，对电阻值及电容量进行测试，防止内部电容单元击穿导致故障发生。

b.对于35 kV及以下投切电容器组的真空断路器，例行试验应进行交流耐压试验，以检测真空断路器的真空度。

c.物资采购部门应严格落实反措要求，加强开关柜设备的采购验收，将反措涉及内容纳入到技术规范书中，杜绝出现空气绝缘净距不满足要求的情况。

d.加强并联电容器装置用断路器选型管理工作，投切并联电容器用断路器必须选用开合性能满足C2级、机械寿命满足M2级的真空断路器或SF6断路器。