【事故分析】一起10kV主变断路器爆炸事故分析

一起10kV主变断路器爆炸事故分析

国网山西省电力公司

国网山西吉县供电公司

刘钢、杨晓帅、焦广旭

1、事故简述

某年1月21日01时40分，某110kV变电站10kV 1号主变低后备保护动作，主变851断路器跳闸。该110kV变电站共有110kV和10kV两个电压等级，主变压器2台。110kV设备为户内GIS设备，10kV设备为金属铠装开关柜，分别分布在设备楼的上下层。事故前运行方式为：110kV和10kV母线均为单母分段运行，#1、#2主变带110kV、10kV相应的I、II 段母线并列运行。

2、现场检查及处理情况

事故发生后，变电检修人员立刻赶到该110kV变电站，待运行人员做好安全措施，与工作许可人共同确认安全措施无误，并办理好工作票后，变电检修人员立即对发生故障的10kV 1号主变851开关柜进行了全面检查，检查情况如下。

2.1 现场概况

10kV配电室气味浓烈，刺鼻严重，发生事故的851开关柜处满地黑色灰尘及杂质，开关柜门的窗户玻璃破碎。事故开关柜型号为KYN28–12(Z)，柜内配置的断路器型号为ZN63–12/T3150–43（额定电流：3150A，额定短路开断电流：40kA），该断路器相间主绝缘为环氧树脂绝缘套筒，将每极灭弧室全部封闭。

断路器已遭受严重损坏，断路器本体上侧三相触头及环氧树脂绝缘筒有不同程度的烧伤痕迹，C相上侧静触头严重烧伤，烧损痕迹非常明显如图1所示。三相触头上触指固定弹簧变形，固定作用失效，造成断路器触指松动，尤其是C相触指弹簧部分已烧断，如图2所示。

开关柜内其他部位检查情况：该开关柜内母线侧三相静触头座因受热严重已变形，C相静触头座出现贯通性的裂纹，且固定静触头的预埋件脱落。上安全隔离板严重变形且已无法复位，如图3所示。

经变电检修人员进一步检查，发现该小车断路器的滑道、断路器二次航空插头及主变进线侧的触头座未受到断路器故障的冲击破坏，运行功能正常。

2.2 现场处理情况

故障设备更换：更换同型号10kV断路器1台，更换开关柜内母线侧静触头3个、更换母线侧静触头座3个，更换母线侧安全隔离板1块。

图1 断路器烧损痕迹图

图2 断路器触指弹簧烧断

对开关柜内壁、铝排、套管等有烧痕的部位进行修复处理；对有烧伤痕迹的连接铝排进行更换，并重新加装热缩护套。

图3 开关柜其他部位烧损

2.3 现场试验情况

1月21日05时18分，变电检修人员对851开关柜内损坏的设备进行更换处理完毕后，高压试验人员紧接着对1号主变851开关柜间隔设备进行了相关试验，一是对新换断路器进行了绝缘电阻、导电回路电阻、分合闸交流耐压试验；二是对柜内电流互感器、新更换触头座、支柱瓶进行了绝缘电阻、交流耐压试验；三是对10kV I段母线进行了绝缘电阻、交流耐压试验。各类各次试验均合格。

之后，变电检修人员对更换的851断路器做断路器动作特性试验，经现场多次动作试验分析，动作时间、速度均在合格范围内，证明了新更换的断路器动作特性合格。

3、事故原因分析

变电检修人员对发生本次事故的原因进行了分析，通过分析，确定柜内故障点的位置及事故发生原因。分析结果如下：

通过现场的检查清理，在该开关柜内未发现金属性物件及其他物件、小动物尸体等异物，可排除开关柜内存在异物而造成短路的可能性。

事故发生时尚是冬季，根本无雷雨天气，故排除雷击导致本次开关柜爆炸的可能性。

该事故开关柜内空气距离、三相母线之间及对地之间的空气净距远大于125mm，因此正常情况下户内开关柜上述发生问题的部位发生绝缘击穿的可能性很小。

进入迎风度冬负荷高峰期以来，该110kV 变电站主变基本上处于满负荷运行状态，10kV 1号主变851断路器通过的最大电流达到了1300A，而平时该断路器正常运行时通过的电流大约为800A，通过的电流增加了大约三分之一，这无疑增加了断路器压力。

从故障现场来看，断路器本体C相损坏程度最大，初步分析故障的引发点在C相。断路器在正常运行情况下，其触头的发热与散热处于动态平衡状态，这个平衡点一旦被打破，势必会引起触头过热，过热又会导致触头接触部位氧化，接触电阻增加，造成恶性循环。又由于断路器本体导电部位全部是铜材质，铜的导热性能又好，会造成触指弹簧部分过热变形，接触压力减小，触指弹簧部分烧断。同时发热产生的热量把周围空气加热，密闭空间温度过热会造成该空间的空气绝缘降低，进而引发相间短路。由于故障点在断路器母线侧，故10kV 1号主变低后备保护动作，主变851断路器跳闸，把故障切除。

进一步分析造成发热的原因主要有以下几点：一是该断路器动触头本身触指弹簧存在变形，拉力下降，造成动静触头之间的接触压力降低，接触电阻增大，导致发热；二是该断路器小车插入后动静触头之间的偏差大，导致动静触头插入后一侧受力大，造成接触不良，引起发热；三是该断路器触头本身存在问题，如静触头身存在的变形问题造成的接触不良，又如静触头固定点只有一条螺栓固定，与母线的接触压力较低等。

4、本次事故反映出的问题

本次事故的发生，间接反映了在该110kV变电站的设备运行维护管理上存在以下问题。

该110kV变电站Ⅰ段母线在近期新增了3趟10kV专线，造成10kV负荷增加，运行管理单位在负荷变化的情况下未及时对主设备进行跟踪检查。

该110kV变电站10kV各进出线KYN28-12(Z) 的开关柜在运行过程中无法对断路器触头进行测温检查，即便触头过热现象也无法及时发现，该隐患长期存在。

变电站状态检修周期长，无法及时对开关柜内断路器的触头紧固情况、接触情况等进行全面检查。而该站处于城市周边，随着城网负荷的日益增大，该站内10kV断路器均承受了较大的负荷。

该变电站10kV开关柜为金属铠装全封闭式开关柜，柜内断路器导电部位及金属接触部位均被环氧树脂绝缘筒封闭，两者均存在散热不良的缺点。

5、整改措施

为确保此类10kV开关柜能够安全可靠运行，针对本次事故暴露出的问题，制定了有针对性的整改措施。

该类柜内断路器在本地区数量较多，建议在该类断路器的动静触头上加装无线无源测温装置，开关柜体上加装无线无源测温接收显示装置，加强对断路器触头温度的监测。

对于城市内及城市周边负荷变化较大的变电站应加强主设备巡视检查工作。

为及时检查发现该类发热隐患问题，建议缩短KYN28–12（N）型开关柜状态检修周期。

对KYN28–12(N) 型开关柜内加装散热装置，如增加具有自动控制功能的风扇进行散热、柜体开孔等措施。

举一反三，在后续新建变电站验收时，进一步加强对同类型设备的维护验收工作，不留死角。

建议尽快将该110kV变电站的2号主变及其所有10kV出线开关柜进行检查。

建议尽快对城市周边冬季负荷较大的110kV变电站10kV主变开关柜进行检查，加强测温观察，如有异常及时处理甚至变换。

结合状态检修及利用其他母线停电机会将所有该型号开关柜进行全面细致的检查。

6、结束语

该系列开关柜数量众多，且具有较好的密闭性，在负荷较重时，断路器触头发热的隐患就会存在，直接影响设备的安全稳定运行，严重者造成短路爆炸事故。因此，加强此类开关柜的巡视，制定操作性强的应对措施，对确保电网安全稳定运行至关重要。

来源：变压器技术杂志