《电工技术》期刊精选——电容器开关弹跳引起压变熔丝熔断故障分析及解决方案

电容器开关弹跳引起压变熔丝熔断故障分析及解决方案

    刘泳

    （南京供电公司江苏省南京市210008）

    摘要：本文详细分析了2009年9月23日南京供电公司220kV苏庄变电站在10kV熔丝AB相熔断的原因，并提出了改进方案。

    关键词：弹跳 过电压

    1故障经过与现场信息

    2010年09月23日，操作一班运行人员接到监控中心电话告知220kV苏庄变电站10kV母线发单相接地信号。运行人员赶到现场后检查发现10kV母线电压异常，AB两相电压值很低，C相电压显示正常。A相电压为0.63，B相电压为0.72，C相电压为10.31。并未发现有其他异常现象。更多资讯尽在中国电工网。

    2故障查找

    2.1初步分析

    系统中发生单相接地或电压互感器一次熔断器一相熔断时，都可能发“接地信号”，两者区别如下表所示：

 

    表一：单相接地与单相熔断区别

    根据上表所给予的数据，运行人员分析后排除了单相接地以及单相熔断的可能性。

    2.2故障查找

    两相熔丝同时熔断的故障现象很少发生，由此运行人员在汇同检修人员，保护人员检查了10kV间隔的测控等数据后，在检查10kV压变间隔时，将压变手车拉开后发现10kV高压熔丝AB两相熔断，更换完熔丝后，“接地”信号复归，母线电压显示正常。

    3故障分析

    熔丝熔断一般是因为系统过电压导致，系统过电压很多情况下是因为操作过电压引起，因此运行人员仔细检查了报文以及当时所显示的电压数值，电压值并未超过上限电压，报文显示在“接地”信号出现前监控中心VQC发令合上2号电容器106开关，检修人员利用开关检修期间对该开关进行了仔细检查后发现开关存在合闸弹跳现象。

    3.1弹跳

    合闸弹跳即为断路器在合闸时触头刚接触直至触头稳定接触瞬间为止的时间。所有直读数据的开关特性测试仪都是按这个定义来设计制造的。影响灭弧室电寿命的是电弧，而电弧只在动静触头不接触时才产生，在动静触头接触时不会产生。大量实践及理论分析均表明，真正对真空开关的电寿命有影响因素是：合闸过程中，触头刚接触直至触头稳定接触瞬间为止，这期间的触头断开时间。在工程安装时，一般都按《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》(GB50150-91)对设备进行验收，GB50150-91第11.0.7条规定：真空断路器合闸过程中，触头接触后弹跳时间不应大于2ms合闸弹跳是真空断路器机械特性的重要参数。合闸弹跳是真空断路器机械特性重要参数。

    合闸弹跳为什么会引起操作过电压，为此，我们首先对操作过电压进行了分析，因为是电容器开关，因此着重对电容器开关操作过电压进行了分析。

    3.2操作过电压

    目前操作一班10kV并联电容器组投切用的电气设备为真空断路器。但由于是纯机械机构，用来投切电容器组会产生操作过电压，一般有4种类型：

    (1)截流过电压：由于流过弧隙的电流突然截断而产生的过电压。

    (2)多次重燃过电压：由于弧隙发生多次重燃，多次对电容进行充电而产生的过电压。

    (3)三相不同时开断过电压：由于断路器首先断开相弧隙中的高频电流引起其余两相弧隙中的工频电流迅速过零而产生的过电压。

    (4)三相不同时闭合过电压：由于三相电压相位差的原因，每相对电容器充电电压幅值不同所产生的过电压。

    操作过电压产生的原因：在三相系统断路器投切电容器过程中，对于电容器组星形接线(中性点不接地)系统，接线原理如图1所示，其各相断路器触头的操作过电压为：

    图一：电容器接线图

    Uhfa=UaA=UaO+UO′O-UAO=Um+0.5Um-Umcosωt=1.5Um+Umcos(ωt-180°)

    Uhfb=UbB=UbO+UO′O-UBO=0.37Um+0.5Um-Umcos(ωt-120°)=0.87Um+Umcos(ωt-300°)

    Uhfc=UbC=UcO+UO′O-UCO=-1.37Um+0.5Um-Umcos(ωt-240°)=-0.87Um-Umcos(ωt-240°)

    其中Um为相电压最大值。由上式得，各相断路器正常操作时触头两端的最大操作过电压为：

    A相ωt=180°Uhfm=2.5Um

    B相ωt=300°Uhfm=1.87Um

    C相ωt=240°Uhfm=-1.87Um

    至此可以发现当三相处于特殊的角度时，会引起操作过电压。下面在对开关弹跳过程进行分析:在接通过程中，动触头以速度v0与静触头相撞，由于碰撞，触头接触面上将发生弹性及塑性形变。动触头具有的动能一部分消耗于接触面的摩擦和塑性形变，其余部分则转化为弹性形变势能。当形变达到最大值时，形变势能最大，动触头的动能减小到零，运动中止。然后，触头形变转向恢复，释放形变势能，使动触头反向运动，此即反弹运动。这时，接触弹簧为动触头压缩，并将部分动能转化为弹簧的弹性势能。及至反弹力与弹簧的伸张力相等，反弹过程就结束，动触头的反弹距离也达到最大值xm。此后，动触头第2次朝静触头运动。如此周而复始，直到振动完全消失。

    由此过程分析可以发现，当开关弹跳时间较长时，会造成触头的反复接触，加大了开关三相在特殊角度下合闸的可能性，导致操作过电压。

    4解决方法

    带载工作的断路器由于触头弹跳的反复动作将产生很高的过电压,从而影响整个电力系统的供电稳定性。解决合闸弹跳的基本方法如下：

    弹跳其本身作为一种受迫阻尼振荡运动,其振荡幅值和频率由以上的动力学关系式、触头振动关系式可以看出:取决于瞬时速度的大小、运动系统的归算质量、弹簧刚度、恢复系数等,在综合考虑各种影响因素的前提下,通常可以采取以下几种措施来改善其弹跳性能。

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