35kV开关柜弧光爆炸判析

   某公司35kV制氧配为2002年4月底投运的配电系统，其所配置的35kV铠装移开式开关柜为该公司首次使用，设置在该公司下属合成氨厂计控大楼的2楼（共4层），环境良好，有除湿装置。

   该变电站35kV断路器为真空断路器（ZN12-40.5），配国产陶瓷真空灭弧室。防操作过电压避雷器为有机复合绝缘交流串联间隙金属氧化物避雷器(HY5CZ5-41/110)。6路馈线都有9613纵差保护及后备定时限过流微机保护。所有母线、分支线采用热缩套管，电流互感器为LZZBJ9。该开关柜自投运至2004年4月14日爆炸之前，未发现异常现象。

   2．事故描述

   2004年4月14日深夜，35kV制氧二线开关柜内发生弧光爆炸，引起35kV制氧配二段母线失电，对上级系统造成短路冲击，使110kV总变电站3号主变（31.5MV·A,110kV /35kV/6kV）线圈损坏而报废。事故现场与表象： (1)制氧二线开关柜内避雷器爆炸，B相避雷器似火箭上窜而夹在正上方电流互感器中间，其余避雷器炸裂而歪倒，单相避雷器间联线断裂，间隙残片有弧光迹象；(2)接地刀闸相间弧光短路而烧毁；(3)电流互感器表面弧光烧灼而损坏；(4)线路纵差保护未动作，后备过流保护1.5s(整定值)动作；(5)故障录波记录为B，C相短路后13ms发展为三相短路；(6)开关柜电缆室爆炸变形，后门、侧板、侧面加强筋炸扭曲；(7)配电室木门受冲击而打开，一扇玻璃窗振碎。

   3．事故合理推理

   对系统内的各变电站电气记录装置、报警装置、运行数据进行全面检查，均未发现接地故障，爆炸事故前未进行倒闸操作和发生其它电气设备事故。当天天气晴朗，温度适宜。现场环境干爽、清洁。根据开关柜内避雷器和接地开关烧毁的现场，有两种假设：（1）假设接地开关先击穿拉弧引起避雷器爆炸。接地开关击穿接弧引起相间短路和相地短路。由于避雷器几乎与接地开关在同一地点，可估算避雷器相间、相地电压接近零，不可能造成避雷器相间过电压而爆炸。接地开关不久前做过预防性试验，性能合格，也没有小动物，因此不可能自行拉弧。该假设不成立。（2）避雷器因质量问题先爆炸引起接地开关拉弧。避雷器爆炸有一定的发生概率，也有其偶然性的一面。避雷器发生爆炸有多方面的因素：封装工艺水平、瓷管裂纹、受潮、老化等。

   该避雷器爆炸引起接地开关弧光短路(两者相距400mm)所需时间最多为几十ms（飞弧或碎片炸飞引起接地开关弧光短路的时间）。9613纵差保护装置的动作机理为：在保护范围内检测到短路电流时，先对高次电流谐波过滤，采集到稳态短路电流动作值后，发出脉冲去跳闸，所需时间约有几十ms。根据原供电系统结构图所示，接地开关安装在纵差保护之外，避雷器安装在纵差保护之内。当避雷器爆炸前后引起纵差保护装置开始采样短路电流数据，在还未引起保护动作跳闸时，却已造成接地开关弧光短路而破坏纵差保护的动作电流采样值（即纵差电流消失），导致纵差保护无法发出脉冲跳闸。由于后备定时限短路电流保护动作时间整定为1.5s，因此，接地开关弧光短路1.5s后，断路器跳闸。

   综合判断应为避雷器爆炸引起接地开关弧光短路。

   4．金属氧化物避雷器爆炸原因分析
从各方面调查的情况分析表明：MOA事故原因69%为制造质量问题，25%为运行不当，6%为选型不当造成的，而内部受潮直接影响产品质量，是引起MOA爆炸事故的主要原因。（1）受潮MOA受潮有两个途径：密封不良或漏气，使潮气或水分侵入。密封不良的主要原因有：①MOA的密封胶圈永久性压缩变形的指标达不到设计要求，装入MOA后，易造成密封失效，使潮气或水分侵入； ②MOA的两端盖板加工粗糙，有毛刺，将防爆板刺破导致潮气或水分侵入；③组装时漏装密封胶圈或将干燥剂袋压在密封圈上，或是密封胶圈位移，或是没有将充氮气的孔封死等； ④瓷套质量低劣，在运输过程中受损，出现不易观察的贯穿性裂纹，致使潮气侵入。

   总装车间环境不良或干燥处理不彻底，造成附着潮气在阀片和绝缘件装入瓷套内，使潮气被封在瓷套内，长此以往造成阀片和绝缘件受潮。

   上述两种途径受潮所产生的结果是相同的，从多起事故后避雷器残骸可以看出，阀片没有通流痕迹，阀片两端喷铝面没有发现大电流通过后的放电斑痕，而在瓷套内壁或阀片侧面却有明显的闪络痕迹，在金属附件上有锈斑或锌白，这便是MOA受潮的证明。

   （2）MOA的额定电压(UA)和持续电压(UC)取值偏低。

   （3）结构设计不合理。

   结构设计不合理主要有：①有些避雷器厂家片面追求体积小、重量轻，造成瓷套的干闪、湿闪电压太低； ②固定阀片的支架绝缘性能不良，有的甚至用青壳纸卷阀片，复合绝缘的耐压强度难以满足要求； ③阀片方波通流容量较小，使用在某些场合不匹配。

   （4）电网工作电压波动。

   （5）老化问题。

   该事故调查表明：首先第(2)、(3)、(4)项可以排除，可能的原因为第(1)、(5)项；第二，从这起事故后避雷器残骸看出，阀片没有通流痕迹，阀片两端喷铝面没有发现大电流通过后的放电斑痕，且避雷器投运时间不超过两年，应判断为受潮引起爆炸；第三，该批次6套避雷器在投运前查出有两套现场试验不合格，泄漏电流超标。经更换新避雷器后，其中一套新避雷器的表面温度比其它避雷器偏高5℃以上，也在理论上说明，可能该套新避雷器泄漏电流较大于其它避雷器。这从侧面印证了避雷器有可能受潮。

   因此，根据该事故的现象，可判断为避雷器内壁闪络而引起避雷器爆炸，并进而引起接地开关弧光短路即弧光爆炸。而根据避雷器阀片没有通流及内壁有闪络痕迹，以及避雷器的运行工况和以往事故的数理统计情况 ，从实践经验和理论上证明是避雷器内部受潮所致。

   5．改进措施

   针对避雷器爆炸概率相对高，而开关柜内接地开关安装在纵差保护范围之外，为避免再次发生接地开关拉弧短路，不能使纵差保护瞬时动作而需后备过电流保护延时动作，对系统电网造成的巨大破坏冲击，采取了以下技术措施。

   （1）加强避雷器的预防性试验和日常定期温度检测、比较。

   （2）根据电缆和母线抗操作过电压的能力，取消了电缆线路、母线上的防操作过电压金属氧化锌避雷器。

   （3）由于35kV制氧配开关柜内接地开关位置在纵差保护范围之外，对其改进有相当的难度，故统一取消了6台接地开关，采用接地小车作为检修时的接地安全措施，并确保“五防”安全功能完好。

   （4）加强纵差保护装置的校验，确保运行可靠。

   （5）对于油浸变压器、大型异步电动机，根据其容量、电缆引线长度、设备状况等实际情况，酌情安装防操作过电压避雷器（配置真空断路器的供电回路），但并非多多益善。

   （6）根据不完全统计，组合式防操作过电压避雷器的故障范围，在变压器等非电动机供电回路上，原则上安装分体式防操作过电压避雷器。

   从2004年7月改造以来，目前运行状况良好。