操作隔离开关引起开关柜爆炸事故

1 事故经过

　　110 kV城东变10 kV开关柜停电检修，工作票结束后，运行人员操作送电，第一次合闸后，保护动作，显示为过流一段动作。经检修人员检查，开关柜正常，没发现可疑故障点，进行第二次送电，结果同样为过流一段动作。线路工区检查架空线路，也没发现故障可疑点，又进行送电操作，保护同样动作。这样进行了数次。在最后一次的送电过程中，运行人员将小车开关摇入过程中，发生了爆炸事故。事故发生后，经过进一步的调查，发现送电线路的电缆在检修期间，被其他单位施工损坏，造成了三相短路接地。并且通过对真空断路器进行绝缘试验，没有发现绝缘损坏。

2 事故原因分析

　　从事故经过中发现，事故的原因很特殊。由于开关柜有着良好的“五防”系统，小车开关不可能在合闸位置被推进，则小车必是在分闸的位置被摇进的，也就是说，运行人员的操作是正确的。而且，开关的绝缘并没有被损坏。

2.1 事故的原因

　　实际上，当真空断路器处于合闸位置时，其对地绝缘由支持绝缘子承受。一旦真空断路器所连接的线路发生永久接地故障（如同这次事故），断路器动作跳闸后，接地故障点又未被清除，则带电母线的对地绝缘要由该断路器断口的真空间隙所承受，真空间隙绝缘特性的优劣成为衡量对地绝缘好坏的重要标志。而真空电极的材料与电极的表面状况，对真空间隙的绝缘是非常关键的因素。在这次的事故中，由于多次开断很大的短路电流，对真空断路器的电极造成一定程度的损坏。并且在理论上，在真空电弧熄灭后，弧隙中还存在着残余的金属蒸气和带电粒子，在大电流时还会有金属液滴。则有可能出现以下两种情况： 来源:hvsi.cn

（1）由于电极的表面存在金属蒸气和带电粒子，则将发生放电现象。放电是一种小的自抑制熄灭的电流脉冲，它的总放电电荷3107 C，存在时间由50 ms到几毫秒，放电一般发生在大于1 mm的间隙中。

（2）由于金属液滴的存在，电极表面可能附着微块，在电场作用下，微块脱落而且加速，这微块撞击对面的电极时，由于冲击发热可使其本身熔化产生蒸气，引起击穿。

　　基于以上的两点分析，多次切断大的短路电流是造成这次事故的主要原因。

2.2 理论分析

　　无论是放电还是微块放电，都要在一定的电场作用下才会发生。真空断路器在切断较大的短路电流后，在真空间隙中存在着较多的金属蒸气或金属液滴，则可以借助理论进行分析。

　　气体放电通常可分为非自持放电和自持放电两类，其放电伏安特性见图1。

图1 气体放电伏安特性

　　起初，电流随电压升高而升高，这是因为气隙中带电离子向电极运动的速度加快，导致复合率减小的缘故。当电压超过Ua时，单位时间内气隙中电离产生的带电离子数基本不变，尽管电压升高，电流也不会增大，如图1中ab段。这种情况下气隙仍处于良好的绝缘状态。当电压升高到Ub以后，又出现电流的增长，当电压升高到临界值Uo时，电流急剧突增，气体间隙击穿，此时，气隙转入良好的导电状态。从而可以看出，在小车开关摇入时，在快与带电母线接触时产生了过电压。

　　过电压产生的原因有很多，可以通过对隔离开关合闸的电路进行分析。由于三相对称，且同期合闸，则可按单相进行分析。隔离开关合闸的等值电路可用图2来表示。其中，L表示母线侧的电感，C表示隔离开关的对地电容。

图2 　等值电路

　　过渡过程中，电源电压通过电感L向电容C充电，回路中发生高频振荡过程。若设电源电压正好经过幅值U时合闸，这样可近似的视为振荡回路合闸到直流电源U的情况，根据有关理论分析，可得出电容上的电压为Uc = U(1 - cosω0t)，不难看出，当t = η/ω0时，Uc达到最大值，Uc = 2U。

　　实际电网电压是交变的，仍保持起始条件不变，可得一般表达式Uc ＝U(cosωt - cosω0t)，当ω0 >> ω时，仍然有Uc = 2U成立。则可以得到以下结论。

　　当小车开关在摇入时，在接通的过渡过程中，而这一过程恰好处于容易发生过电压的时间t = η/ω0，因而发生过电压。而此时的过电压却超过了气体放电的临界值，使真空断路器的绝缘间隙导通，此时操作隔离开关时就等于将隔离开关合到了接地的故障线路上，从而发生了爆炸事故。