根据《电力设备过电压保护设计技术规程》,对于长期热备用状态下的断路器,应在线路靠断路器侧装设避雷器。自1996年始,深圳供电局逐步对长期处于热备用方式下的110ｋＶ线路,在线路两侧装设避雷器,而对在正常情况下运行的线路,则未考虑安装避雷器。但是,鉴于深圳电网的特点,若特殊情况下运行方式改变,正常运行线路短时期转变为热备用状态,即使长期处于热备用状态的线路装设了避雷器,在遭受雷击时也会发生断路器爆炸。本文就这方面的问题进行分析和探讨。
1 两起断路器雷击爆炸事故
1999年7月21日,由于系统运行方式改变,深圳供电局观兰变电站原运行中的110ｋＶ观塘线1211转为热备用状态。7月22日14时25分,当时强雷暴雨,雷击引起110ｋＶ观塘线1211断路器Ｕ相爆炸,整个Ｕ相瓷套管粉碎性炸碎。灭弧室动触头的主触头靠Ｖ相侧被电弧灼伤,静触头有6指端部显见电弧灼伤痕迹,整个动、静触头组件外表面均呈电弧熏过颜色。静触头部分与引线一同摔向地面,引线与12111刀闸构架之间对地短路,造成观兰变电站110ｋＶ1Ｍ母线Ｕ相接地短路。
1999年8月3日,由于系统运行方式的需要,110ｋＶ观兰变电站旁路1031断路器代观塘线1211断路器运行,当日在热备用。同样原因,11时45分,入侵雷电波造成热备用状态下的110ｋＶ旁路1031断路器Ｗ相爆炸。Ｗ相灭弧瓷套爆炸成碎块。灭弧室内静触头有6指端部被电弧灼伤痕迹,动触头的主触头有轻微电弧灼伤现象,但整个动、静触头组件外表面与新件无异。2台断路器均为100 ＳＦＭ 32Ｂ型、日本三菱公司1989年产品。
2 原因分析
这两起断路器爆炸事故均发生于雷雨天气,可以断定事故的直接原因为雷击线路。但是,观塘线1211全线装设有架空避雷线保护,为何线路落雷仍使站内断路器爆炸?众所周知,进线段或全线装设有架空避雷线后,即使在进线段或其他部分线段落雷,雷电波沿线路入侵变电站,其陡度已衰减到变电一次设备绝缘强度的承受值(规程规定为0 7ｋＶ/ｍ)或以下,对设备的绝缘已构不成威胁。当线路断路器或隔离断路器处在热备用状态运行且线路又充电时,沿线路入侵变电站的雷电波到断路器开口点后将被反射,其反射后的幅值将为入侵幅值的2倍,此时,断口线路侧的绝缘将被击穿。另外,若进线段遭受雷击发生绕击或反击时,即使断路器在正常运行状态,断路器或站内设备仍有可能被雷击坏。因此发生了这两例断路器爆炸事故。
3 讨论
ａ)两次事故均是灭弧室瓷套爆炸,而支柱瓷套未损,此现象似与断路器绝缘设计思维相悖。规程规定:全波冲击水平是断口绝缘大于对地绝缘一个电压的最大值。该断路器的断口线路侧正好是支柱中法兰部分,这部分绝缘被对地击穿理应先于断口绝缘。现实情况正好相悖,是否与断口两侧一端有工频电源或两端同时有工频电源有关(断路器的型式试验为一端加电压,另一端接地),因为系统熟称热备用术语,常有两种含义:一种是断口两侧同时充电(本类事故属此类),另一种是仅断口一侧充电。此两种情况对断路器断口绝缘的考验应是前者苛于后者,否则,悖理现象就难于解释。
ｂ)观塘线1211断路器Ｖ相灭弧室瓷套爆炸,有2个现象值得探索:1)电弧灼伤痕迹可明显断定灭弧室内已绝缘击穿,可能是雷电侵入波的陡度值处在外绝缘大于内绝缘的区域,因此导致ＳＦ6断路器的内绝缘由于承受不了高陡波的雷击而被击穿;2)Ｕ相断路器线路侧挂有电压抽取装置(ＯＹ)1只,电容量为6600ｐＦ,理应起到一定削减波头陡度的作用。是否可以认为,由于电容量不足,抑制波头陡度作用不显著。但是,若无ＯＹ的削波作用,雷电波将以来波的陡度击向断路器断口,此时危及周边设备的程度将更加严重。另外,因为ＯＹ的冲击绝缘水平为450ｋＶ,而断路器断口的冲击绝缘水平为550ｋＶ,后者反被击穿而前者无损,说明过ＯＹ处的波头陡度并未超过450ｋＶ,而是在此数值之下的雷电波到达断路器断口时反迭超过550ｋＶ才将断口绝缘击穿。
ｃ)1031断路器是Ｗ相灭弧室瓷套爆炸,最显著的特征是断口外绝缘(上法兰和中法兰)有明显电弧灼伤,而在内部ＳＦ6气体中的动、静头组件表色与新件无异,仅静触头端部和动主触头局部略见弧伤迹象。产生此现象的原因可否这样认为:因雷电的随机性很大,沿Ｗ相线路侵入的雷电波,其波头陡度不及1999年7月23日1211断路器Ｕ相线路侵入雷电波的陡度值,所以不具备内绝缘击穿的条件,当波头时间接近或匹配于内、外绝缘特性曲线的交叉点时(见图1),外绝缘先击穿或内、外绝缘同时击穿放电。
ｄ)此类事故与雷击进线段发生绕击或反击的关系是主要的还是次要的,还有待深入探讨。
4 结束语
无论线路落雷或进线段受到雷电导致的绕击或反击,沿线路侵入变电站的雷电波到达热备用状态断路器的断口后发生波的反射,使电压幅值提高,在理论上得以证实。由于深圳地处雷电活动频繁地区,尽管架空输电线路全线架设了避雷线,但仍无法避免雷电绕击或反击的影响。因此,在架空线两端加装避雷器,对保护变电站出线断路器是有效的反事故措施。