500kV砚都站12.15开关均压电容爆炸事故原因分析与对策
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【摘 要】500kv砚都站500kV线路复电的过程中，发生刀闸合闸不到位，导致长时间持续拉弧，造成所在串开关均压电容爆炸，并引发相间短路故障，导致所在串正常运行的主变跳闸，同时故障导致多条直流输电线路发生换相失败，并受电源扰动影响，部分换流站发生站用变故障，在广东地区用户低压脱扣损失部分工业负荷的严重事故，因此必须查清这起事故的原因，并相应作出发生类似刀闸拉弧事故的应对措施。
【关键词】刀闸拉弧；开关；均压电容；爆炸
一、故障前运行方式
砚都站500kV部分为3/2开关结线方式，共5个完整串，共15台HPL550B2型SF6断路器。2012年12月13日～15日，500kV砚西甲线及砚都站侧开关间隔按计划停电检修，第二串联络50221刀闸没有检修工作。500kV砚西甲线间隔停电期间站内运行方式：#2变高5021开关在运行状态，5022、5023开关、砚西甲线在检修状态；第三串、第四串、第五串、第六串合环运行；500kV1M、2M在运行状态；#2、#3主变中压侧和低压侧正常运行。（停电期间运行方式如图1-1）
二、事故发生的过程及保护动作情况
按照总调指令，运行人员执行“合上500kV第二串联络50221刀闸”操作，在端子箱投入50221刀闸控制电源空开，按下“合闸”按钮，50221刀闸合闸行程到约五分之四，动静触头之间距离约90cm时，刀闸停止运动。由于刀闸三相存在不一致，A相动静触头、B相动静触头之间均出现拉弧现象，其中A相电弧持续，B相电弧有间断现象，C相刀闸动静触头之间没有电弧。运行人员立即检查，发现位于50221刀闸端子箱控制电源空开跳开，重新投入该控制电源，再次执行合上50221刀闸的操作，刀闸不动作，检查发现控制电源空开再次处于跳开位置，运行人员第三次尝试投入控制电源空开时，空开立即跳闸。（事故发生前运行方式如图1-2所示）
13分钟后，运行人员发现第二串联络5022开关A相均压电容冒烟，随后发生炸损，大量高温油气喷出，导致5022开关A、B相间短路，#2主变三侧开关跳闸。
保护动作情况：故障点位于5022开关与5022开关CT之间（死区），处于砚西甲线主保护的范围内、#2主变主保护范围外。故障发生后10ms砚西甲线主一、主二保护动作，跳5022、5023开关，但故障仍存在，未消除，223ms后5022开关失灵保护联切5021开关及主变三侧开关，故障消除。
三、事故原因分析
事件发生后，检查500kV第二串联络50221刀闸控制电源回路，发现50221刀闸汇控箱到50221A相刀闸机构箱电缆芯对地电阻为0Ω；将该段电缆从电缆沟及直埋钢管中抽出后，发现靠近电缆拨口约2cm处有绝缘破损，破损点位置在电缆入机构箱交界面处。
原因分析可能是基建工程安装过程中，由于施工作业人员在电缆穿管或割剥时伤及该段电缆的绝缘，但尚未完全破损露出铜芯，交接试验时绝缘电阻测量结果正常（大于5MΩ）。经过长期运行，电缆芯绝缘皮逐渐老化，当合上控制电源，在电压的作用下，电缆芯受损处可能会对地短路。
正常运行情况下，50221刀闸控制电源空气开关在断开位置，刀闸控制回路不带电。12月15日，在50221刀闸合闸操作过程中，运行人员将控制电源空气开关投入，此时电缆带电，约2分钟后进行刀闸合闸操作，随着通电时间延长，电缆芯对地泄漏电流不断增大，绝缘不断降低，最终在刀闸合闸到五分之四时对地（机构箱体）绝缘击穿。（故障回路二次接线图如图1-3所示）
500kV第二串联络5022开关A相均压电容爆炸及开关A、B相间短路原因分析：由于50221隔离开关合闸不到位，A相动、静头间产生拉弧放电，伴随着动、静触头间空气间隙的燃弧、熄弧、重燃的循环过程，1M母线向故障断路器两个均压电容和500kV砚西甲线反复充电，持续燃弧达13min，断口均压电容承受了长时间高幅值、高频振荡过电压累积作用；A相均压电容炸损后，大量的高温油气喷出，随后造成5022断路器A、B相间短路。
四、防范事故再次发生的措施
（1）整改典型票库，更改刀闸的操作顺序。将典型票库中涉及到中开关的操作全部更改为刀闸先合带电侧后合不带电侧，避免发生带着长线路拉弧现象的发生（电科院仿真发现带着长线路拉弧会对开关两侧的均压电容产生更高的过电压）；
（2）对于操作时的防范措施：操作前将待操作刀闸的三相机构箱和汇控箱用解锁钥匙打开，操作前检查机构箱和汇控箱电机电源、控制电源在合上位置，防止由于分相刀闸机构箱和三相刀闸汇控箱电机或控制电源未投入导致刀闸动作异常，在操作过程中突发刀闸持续拉弧事故，可以尽快排除是否是分相刀闸机构箱故障，避免在打开机构箱门过程中浪费时间，延长事故处理时间，减少对人身与设备的风险；
（3）将500kV刀闸远方操作变更为端子箱就地操作，提高设备操作过程中异常处理的反应速度；
（4）对于刀闸发生拉弧现象，现场人员应紧急进行如下操作，在隔离开关端子箱再次按下拉弧刀闸的合闸按钮，尝试合闸，若依然不能合闸，按下拉弧刀闸的分闸按钮，尝试分闸，消除拉弧现象，若仍然无法分闸，按下拉弧刀闸的急停按钮；若继续拉弧，则检查刀闸所属的二次空开；迅速检查拉弧刀闸的端子箱、汇控箱、机构箱电机电源及控制电源空气开关，以及动力配电箱动力电源是否在合上位置，若某一空开跳开，合上该空开，再次尝试分合闸按钮，是否可以消除拉弧现象；若以上处理均为消除刀闸拉弧现象，则在确保人身安全的前提下，直接在拉弧刀闸机构箱通过手动按分闸继电器进行分闸，若仍然无法消除拉弧现象；立即将现场人员撤离，将相关现场情况及处理情况立即上报调度，申请切除上一级电源来保证人身和设备安全。将拉弧现象消除后，一定好查找事故原因，严禁未查出问题就送电操作，为以后的安全生产留下安全隐患。
五、总结
由于这起事故，对电网安全稳定运行带来很多的风险，甚至影响到直流系统的输电系统，因此对于刀闸拉弧一定要提高重视，做好平时对设备的运行维护，制定相应的应对措施，减少处置刀闸拉弧事故的处理时间，较少对人身与设备的风险，保证电网的安全稳定运行。
参考文献：
[1]南方电网科学研究院，砚都站“12.15”事件分析报告.
[2]肇庆供电局，12月15日500kV砚都站#2主变三侧跳闸初步分析报告.
[3]广东电网公司，500kV隔离开关操作时异常停止现象应急处置方案.
[4]GB 26860-2011，电力安全工作规程 发电厂和变电所电气部分.
[5]Q/CSG 10006-2004，电气操作导则.
作者简介：
马毅，2010年毕业于长沙理工大学电气工程及其自动化专业，在肇庆供电局一直从事变电运行专业的相关工作，具备变电站值班员高级工，电气助理工程师职称。