220kV主变SF6开关爆炸事故分析

220kV主变SF6开关爆炸事故分析

作者：潘夏清 文章来源：电力安全技术 点击数： 252 更新时间：2008-8-27 10:13:25 【字体：

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〔摘 要〕 介绍了龙湾燃机电厂2号主变220 kV开关在发变组解列过程中发生爆炸事故的经过，分析

了该SF6开关爆炸的原因，并提出了更换主变开关、检查发电机定子端部绕组情况、缩

短主变开关检测周期、加强相关数据的分析与比较等事故处理及防范的措施。

〔关键词〕 开关；爆炸；事故分析

龙湾燃机电厂是一个燃气-蒸汽联合循环发电企业，拥有“二拖一联合循环”发电装置，即2组燃气轮机发电机组和1组蒸汽轮机发电机组，均由美国通用电气公司生产，于1998年5月投产。发生爆炸的2号主变220 kV开关由法国阿尔斯通公司生产，型号

为HGF114/1A，于1997年11月投产。

1 电气系统结线情况

发变组采用单元结线，发电机出口电压经主变压器升压到220 kV后，再通过主变2

20 kV开关、

220 kV母线刀闸接入220 kV母线。升压站采用单母线结线方式，有2条220 kV出线送往就近变电站，接入系统。1，2号发电机出口电压又分别经1，2号高压厂变降压后向6 kV一、二段母线供电，提供正常的厂用电电源，另有1台直接挂接于220 kV母线上的0号高压启备变，为6 kV一、二段提供备用电源。发电机的励磁系统为静态励磁系统，从发电机机端取得电源，经励磁变降压并经整流后提供发电机励磁。与2号发变组相关

的电气系统主接线如图1所示。

图1 2号发变组电气主接线示意

2 开关爆炸事故经过

2005-04-29，根据调度指令，2号发电机组执行自动减负荷停机程序；1，3号机组

则继续联合循环运行。

01:13:44，2号机负荷至-2.5 MW，燃机MKV控制系统自动将2号主变220 kV开关解

列。解列后，CRT上显示发电机电流、有功、无功都经过了短时的强烈冲击。

由DCS记录的曲线可以得到如下数据。

(1) 01:13:46，发电机有功达到-99 MW，无功达到-43 Mvar，发电机定子电流则达到7 006 A，燃气轮机的燃油基准FSR则从解列前开始下降，到解列后降到14.69%，并

维持不变。发电机转速已从3 000 r/min降到了2 964 r/min。

(2) 01:13:48，无功达到最大-133 M，定子电流7 061 A，发电机转速继续下降，有

功则大幅度波动。

(3) 此后，发电机转速开始回升，无功开始回落，到01:13:52转速回到将近3 000

r/min，无功减少到-33.66 Mvar，维持稳定。

电流则回落到2 430 A维持稳定。

(4) 发电机吸收的有功功率则再经过2次波动，到01:13:56维持在-12.5 MW，定子 (5) 上述参数持续了18 s后，到01:14:14，从升压站传来一声巨响，且现场值班员发现伴有红光和白烟，同时220 kV母线差动保护动作，220 kV母线上所有负荷开关跳闸使母线失电，6 kV二段母线失电，2号发电机电气量全部到零，转速开始下降。整个

过程持续了30 s。

事故发生后，1号发变组解列，调频调压带6 kV一段母线运行正常，6 kV二段母线失电。升压站现场检查发现2号主变220 kV开关C相爆炸，开关上桩头(CT侧)引线掉

落在地，开关瓷瓶碎片围绕C相开关基座散落一地。

3 开关爆炸原因分析

3.1 220 kV开关正常分闸动作过程 开关正常分闸过程见图2。

1-压缩缸；2-主动触头端面；3-主静触头冠状触点； 4-动触头瓣状触点；5-引弧触头；6-绝缘喷嘴；

7-压缩缸冠状滑动触点；8-传动连杆； 9-导电柱端部活塞；10-导电立柱。

图2 开关正常分闸过程示意

开关处于合闸位置时，压缩缸1被向上顶起，主动触头端面2与主静触头上的冠状触点3良好接触，构成电流主通道。同时，动触头上的瓣状触点4与静触头上的引弧触头5接触。压缩缸内充满SF6气体，压缩缸则通过其冠状滑动触点7与导电立柱10之间

构成电流通路。

当开关分闸时，压缩缸1，包括压缩缸头部的绝缘喷嘴6、冠状滑动触点7在连杆8的带动下快速向下运动，主触头先行分开。此时，电流就通过引弧触头5和瓣状触点4导通，但紧接着引弧触头5也与瓣状触点4分开，因此电弧在引弧触头5与瓣状触点4之间被点燃，并随着压缩缸的运动，电弧在绝缘喷嘴内部被拉长。由于导电立柱10与活塞9静止不动，压缩缸内的SF6气体在气缸向下运动时被压缩，一股强劲的SF6气流就吹过绝缘喷嘴6、引弧触头5以及瓣状触点4，在电流过零时熄灭电弧。同时，由于喷嘴的气体快速吹出，表面的负压也抽吸了主触头周围的SF6冷气体，起到冷却作用。气流继续吹，直到开关到达分闸位置后压缩缸内气压泄尽，保证灭弧后不会重燃。动静触

头间的SF6气体在开关分闸时能够产生有效的绝缘。 开关合闸时，压缩缸通过连杆8传动向上运动，SF6气体则被重新吸入到压缩缸体

内。

3.2 开关爆炸原因

通过事故现象、现场情况并结合开关工作原理进行综合分析，可以判断开关爆炸的原因如下。

(1) 2号发变组于2005-04-15T06:38:00并网运行。SF6开关在这次发变组运行前的并网过程中或更早之前，开关压缩缸冠状滑动触点套已滑落到导电立柱上。这从该冠状触点套在开关爆炸后仍完好无损，没有发热、烧伤、变形痕迹可以判断。该冠状触点套

是通过热套工艺箍在压缩缸下部的凹槽面上的，因而冠状触点套滑落的原因应与部件尺寸或制造工艺有关，同时也与2号主变开关将近800次的机械分合闸过程有关。

(2) 由于该滑动触点套的松脱，在开关合闸时

电流基本上是通过压缩气缸的下部缸套与导电立柱间构成通路，造成动触头压缩缸与导电立柱之间的接触电阻增大。因此发热比较严重，致使压缩缸在安装冠状滑动触点套的位置处四周的金属局部熔化，造成压缩缸腔室与外表面间穿孔，压缩缸失去密封。 (3) 在开关分闸过程中，压缩缸向下运动，由

于气缸不严密，所以吹弧作用被大大地削弱，加上压缩缸内充的SF6本身温度较高，所以引弧触头与瓣状触点间的电弧不能被有效吹灭。气流不能快速冲出，也使喷嘴出口气流表面的负压吸气作用失去。高温电弧使绝缘物质制成的喷嘴迅速变形弯曲，引弧触头的电弧路径被加长。而此时被电弧加热的高温SF6气流从喷嘴出来后被引流到了主触头，电弧也被引到主触头一侧，由于周边的SF6气体温度较高，SF6的绝缘强度就大为降低，使得主触头与静触头冠状触点间被引燃电弧。因为没有吹弧作用，电弧持续燃烧，0.5 min后因为极高温的电弧迅速加热SF6气体，且与其他两相开关腔室连接的管路细小，C

相开关灭弧室内的SF6气体压力急剧升高，使瓷瓶爆裂。

4 事故处理及防范措施

(1) 将2号主变开关更换成北京ABB高压开关设备有限公司生产的LTB 245E1型S

F6断路器。 (2) 对2号发电机定、转子的绝缘电阻、交流阻抗、直流电阻，发电机定子的电容量、介质损耗、泄漏电流以及主变的绝缘电阻、交流阻抗、直流电阻、电容量、介质损耗、泄漏电流进行了测试，并进行了主变压器的绕组变形试验、油色谱分析等工作。结

果均未发现异常，因而说明尚未造成发变组电气主设备的立即损坏。

(3) 由于耐压试验具有破坏性，因而未考虑用

这种试验来确定绕组绝缘是否受到损伤。但鉴于大电流对主变及发电机造成的冲击以及负序电流对发电机的影响不可避免，决定在2号机组的计划检修中对发电机进行抽转子

检查，检查发电机定子端部绕组情况。

(4) 在升压站停电改造期间，对同样是分闸次数较多的1号主变220 kV开关各相灭

弧室进行检查并测量压缩缸冠状滑动触点环的安装间隙。

(5) 滑动触点环的脱落直接反应在直流电阻是否增大，因此最直接的办法就是加强对开关直流电阻的测量。按照有关规范，新开关投运3年后，直流电阻的测试每3年1次，针对燃机电厂机组启停频繁的特点，对于主变开关应缩短检测周期。

(6) 运行中若已发生该触点环的脱落，由于发热将使SF6气体被加热，热气流积聚在灭弧室的顶部。因此，对灭弧室顶盖处金属连接部件的红外测温，并结合升压站内其它同类型开关及本开关各相灭弧室的温度数据进行分析、比较，在一定程度上也能反映

出内部存在的问题及趋势。这方面的工作应该加强。

(7) 开关分、合闸缓冲器的工作性能会对开关内部的机械部件产生重要影响，因此要加强对开关分、合闸缓冲器的检查维护。主要是检查缓冲器的油位、油质是否正常，有条件时可进行开关分、合闸操作期间的阻尼测量。必要时调整开关各相传动连杆的安装尺寸，使分、合闸缓冲器能够良好地发挥作用。

(8) 高压开关最好设计成三相开关的SF6腔室相互独立。这样，在现场初充压时，3

个腔室的压力相同，运行中通过比较3个腔室的SF6压力，对开关内部异常的及时发现

和分析也有一定的帮助。

(9) 根据厂家提供的资料，HGF114/1A型开关的使用年限为30年，当运行15年或机械分合闸次数达到5 000次后，应对开关进行预防性维修。常规火电厂一般运行15年后开关的分合闸次数也就在200次以内，开关的真正动作次数并不多。而燃机电厂多为调峰电厂，起停次数多，所以也可根据情况相应地缩短开关的维护年限，或根据动作次

数，在发电机组大修时提前进行维修检查。

(10) 220 kV主变开关拉弧发生非全相运行时，对于发变组系统主设备产生的影响较大。因此发电机变压器等主设备的电流表计应进行三相监测，在燃气轮机发电机组的设计中应避免只显示单相电流。在发变组保护的配置中还可增加“发变组误上电保护”及“断路器断口闪络保护”，避免发电机因长时间非同期及非全相运行受到严重冲击。

并可以将“断路器断口闪络保护”引入到发变组失灵启动

220 kV母差保护回路当中，当主变开关拒动或不能熄弧时，启动220 kV母差保护跳开母线上所有元件，以避免引起事故的扩大，造成主设备的损坏。升压站应设计成双母线，

以提高供电的可靠性及运行方式的灵活性。

(11) 当发现发变组解列后某一、两相仍有大电流，有功、无功异常时，运行人员应手动强拉主变开关1次。若不成功，则须拉开该主变开关所连接的220 kV母线上的所有开关将母线停电，并隔离此开关进行检查，以免造成事故的扩大。

(12) 由于开关发生爆炸时，SF6受电弧高温烧灼形成的分解物为剧毒物质，因此在现场事故处理中应做好防范措施，避免直接呼吸或接触这些有毒物质。另外由于SF6气体大约比空气重5倍，且不易与空气混合，容易沉积到开关站的一些电缆沟道内在底部或低点积聚，因此要及时进行疏排，防止日后电缆沟道内有人工作时发生人身事故。