110kv变电站断路器跳闸事故案例分析

0引言

110 kv变电站作为关键枢纽,其稳定运行对保障供电可靠性非常重要。断路器作为变电站的核心设备之一,承担着控制和保护线路、设备的重任。随着电网设备的运行时间增长,诸多变电站设备面临老化问题。若变电站中的某个部分出现故障,将有可能导致停电情况发生,对人民的生活造成极大的影响,因此对变电站故障的提前研判、处理、分析至关重要[1]。若出现220kv变电站110kv线路断路器跳闸,需要以现场勘察结合保护装置报文、故障录波的方式进行判断,找出跳闸原因并提出整改建议[2]。当主变压器断路器出现误跳闸事故,需及时更换老旧设备,强化专项整治和设备状态检修工作[3—4]。同时,参考高压SF6断路器的常见故障详细判断故障状况,进行应对措施研究[5—6]。

1 案例简介

2024年8月某日,3分16秒的时间内10 kv金某线上发生三次瞬时性故障,该10 kv线路322保护在此期间过流I段保护动作三次,跳开322断路器,并三次重合成功;之后,该10 kv线路322开关柜TA靠母线侧发生故障,#1、#2主变保护启动,跳开300断路器、310断路器,10 kvI母失压。检查发现该10 kv线路322开关柜电缆室、断路器室损坏,故障点靠近10 kv母线侧。10 kvI母母线检修后于当天复电。

1.1 故障前运行方式

110kv金某变的10kv I母、Ⅱ母并列运行,310断路器合位,320断路器合位,母联300断路器处于合位状态。

1.2 设备基本情况

该110 kv变电站于2009年1月投运。110 kv金某变10 kv金某线322开关柜出厂日期为2007年12月1日,投运时间为2009年1月20日。322开关柜上次检修时间为2024年7月,检修内容为诊断检查性试验,上次例行检修试验均正常。最近一次检修专业化巡视中带电检测开关柜局放未发现异常。

2现场检查情况

2.1 一次检查情况

检修人员到达现场,检查10 kv高压室发现金某线322开关柜前后柜门变形,有严重的烧蚀痕迹和浓重的焦蝴味。

2.1.1前柜检查情况

断路器小车所有触臂均严重烧蚀变形,如图1、图2所示。其中下触臂C相最为严重,其护套及梅花触头已完全烧毁,其余触臂护套均严重变形,梅花触头也有不同程度的烧蚀,如图3所示。断路器室内烧蚀残渣较多,柜体两侧靠泄压通道处存在放电痕迹,如图4、图5所示。

触头盒均有一定烧蚀痕迹,其中断路器B相上静触头连接螺栓烧断并卡入小车梅花触头,内部连接铜排烧蚀变形,如图6、图7、图8所示。

2.1.2后柜检查情况

TA、零序TA及接地刀闸表面有黑色粉尘,外观无其他明显异常。电缆三岔口处存在放电痕迹,如图9所示,后柜上下柜门均有变形。C相TA至触头盒连接铜排的热缩套烧断,如图10所示,A相TA至触头盒连接铜排有烧蚀变形。三相避雷器己与连接排断开,避雷器接头及连接铜排有烧蚀变形,如图11、图12所示。

2.2 二次检查情况

二次检修人员抵达现场后,对相关保护装置定值、压板投退情况、保护报文进行检查,装置定值调整、压板投退无误,并调取了相关保护的故障录波文件。

1)现场保护动作报文如图13、图14、图15所示。

2)相关保护装置保护动作时故障录波如图16、图17、图18所示。

3)保护动作分析。

经过现场检查,10 kv金某线322装置未对时(金某线后面分析都是使用经过推算后的实际时间),根据现场相关保护报文与故障录波整理和分析可知:

1)2024年8月某日08:07:21.940,10 kv金某线路发生三相短路故障,此时故障电流约15 000 A,10 kv金某线322保护启动,305 ms后电流I段保护动作,跳开断路器,2347ms后,重合闸动作,重合成功;2024年8月某 日08:08:12.788,10kv金某线路发生AC相间短路,约29 ms后,变成三相短路,此时故障电流约15 000 A,10 kv金某线322保护启动,303ms后电流I段保护动作,跳开断路器,2346 ms后,重合闸动作,重合成功;2024年8月某日08:10:35.140,10kv金某线路发生AB相间短路,约30 ms后,变成三相短路,此时故障电流约15 000 A,10 kv金某线322保护启动,288ms后电流 I段保护动作,跳开断路器,2 328ms后,重合闸动作,重合成功。

2)2024年8月某 日08:10:38.616,10kv金某线322开关柜TA靠母线侧发生C相接地故障,60 ms后发生短时三相故障,故障电流约300A,#1、#2主变保护启动,300ms后,彻底演变成三相短路,短路电流约为10 200 A,1098 ms后#1主变保护低1复流I段1时限动作、#2主变保护低压侧限时速断1时限保护动作, 跳开300断路器、1 398 ms后#1主变低1复流I段2时限保护出口跳开310断路器,切除故障。

动作时序如表1所示。

2.3 故障过程分析

结合现场情况、二次事件分析、综合故障录波波形及保护报文可知,本次过程分为两个阶段。

第一阶段为电缆侧频发三相短路接地故障,其故障电流达到了15 kA以上(三次故障录波电流数值均一样,原因可能为电流互感器保护绕组已饱和,实际故障电流比此数值更大),故障持续时间均保持了约300 ms,每次故障间隔时间仅有1 min左右,可见322断路器在约3 min的较短时间内承受了总计约1 s的短路电流所带来的热效应,该断路器存在短时严重过热情况。

第二阶段为第三次短路跳闸并重合成功,约1s后断路器室发生短路故障,造成主变后备保护动作,跳开310、300断路器隔离故障点。

综合现场检查发现,剩余梅花触头紧固弹簧存在严重的过热、断裂情况,加之触头盒内两只静触头紧固螺栓烧熔'结合断路器小车C相下触臂梅花触头已经烧坏,分析如下:在第一阶段的故障过程中,断路器在连续经受了两次近区短路冲击后,已严重过热,其整体绝缘材料绝缘性能已下降,梅花触头紧固弹簧的金属性能也已达到临界点。在第三次电流I段短路冲击中,梅花触头紧固弹簧在电动力及高热量的作用下断裂,紧固弹簧断裂引起触片崩解,电动力也导致静触头螺栓松动,动静触头接触面接触压力不足,接触电阻急剧增大。此时A相、B相触头上触头盒也受热破损,形成A、B相两相对地短路通道,对小车室内壁放电。当第三次重合闸重新成功合上断路器后,过高的接触电阻及负荷电流再次产生了大量热量,最终在C相触臂下触头处附近产生了燃弧,导致断路器室内弥漫着金属碎屑及烟尘,空气绝缘性能急剧下降,最终导致三相短路通道形成,三相对柜体放电跳闸。

因该322断路器故障点位于322TA与300TA、310TA之间,故跳开了310、300断路器。

3暴露的问题

1)从设备基本情况分析,该110 kv金某变10 kv线路322开关柜断路器运行年限超过15年,设备存在老化情况,针对复杂工况及极端情况无法满足正常运行的可靠性要求。

2)站外设备故障导致的保护装置短时间内频繁因同一保护逻辑正确动作,并未考虑老旧一次设备运行工况,未针对站内一次设备工况对相关保护动作逻辑进行优化调整。

4整改防范措施

1)加强老旧开关柜治理。结合六年轮修计划,对运行超过15年的中置手车型开关柜逐步安排大修项目更换开关柜内断路器小车,尤其是其他110 kv变电站的相同类型普通极柱式真空断路器,应更换为集成固封极柱式真空断路器,确保变电站内断路器长时间运行可靠。

2)优化保护装置动作逻辑。针对短时间内频繁因同一保护逻辑正确动作的,增加其后续正确动作延时,保证一次设备不因保护正确动作、短时间内承受多次冲击而故障损坏,从而导致故障范围扩大的情况出现。

[参考文献]

[1] 郭福涛,妥林,白鹤.220 kv某变电站110 kv线路断路器跳闸分析[J].电工技术,2023(13):126-129.

[2]万寿雄.一起接地开关故障引起两座变电站跳闸的事故分析[J].电气技术,2024,25(6):72-76.

[3] 阮桂鑫.主变压器双侧断路器跳闸事故分析[J].农村电工,2020,28(5):47-48.

[4]杜力.一起220kv变电站主变压器跳闸事故分析[J].电世界,2020,61(7):23-25.

[5]邹刚,杨国涛,罗东,等.变电检修中的高压SF6断路器常见故障分析[J].电气技术与经济,2023(9):297-299.

[6]邱夷舜,邢旭亮,周刚,等.一起220kv主变三侧断路器异常跳闸事件分析[J].农村电工,2023,31(9):56-57.

《机电信息》2025年第22期第1篇