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新疆石河子110 kV城東變電站發(fā)生一起10 kV開關(guān)柜爆炸事故，造成兩臺開關(guān)柜嚴(yán)重?zé)龤В荒芑謴?fù)使用，并且還造成全站停電的嚴(yán)重后果。
1 事故經(jīng)過
110 kV城東變10 kV開關(guān)柜停電檢修，工作票結(jié)束后，運行人員操作送電，第一次合閘后，保護(hù)動作，顯示為過流一段動作。經(jīng)檢修人員檢查，開關(guān)柜正常，沒發(fā)現(xiàn)可疑故障點，進(jìn)行第二次送電，結(jié)果同樣為過流一段動作。線路工區(qū)檢查架空線路，也沒發(fā)現(xiàn)故障可疑點，又進(jìn)行送電操作，保護(hù)同樣動作。這樣進(jìn)行了數(shù)次。在最后一次的送電過程中，運行人員將小車開關(guān)搖入過程中，發(fā)生了爆炸事故。事故發(fā)生后，經(jīng)過進(jìn)一步的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)送電線路的電纜在檢修期間，被其他單位施工損壞，造成了三相短路接地。并且通過對真空斷路器進(jìn)行絕緣試驗，沒有發(fā)現(xiàn)絕緣損壞。
2 事故原因分析
從事故經(jīng)過中發(fā)現(xiàn)，事故的原因很特殊。由于開關(guān)柜有著良好的“五防”系統(tǒng)，小車開關(guān)不可能在合閘位置被推進(jìn)，則小車必是在分閘的位置被搖進(jìn)的，也就是說，運行人員的操作是正確的。而且，開關(guān)的絕緣并沒有被損壞。
2.1 事故的原因
實際上，當(dāng)真空斷路器處于合閘位置時，其對地絕緣由支持絕緣子承受。一旦真空斷路器所連接的線路發(fā)生永久接地故障（如同這次事故），斷路器動作跳閘后，接地故障點又未被清除，則帶電母線的對地絕緣要由該斷路器斷口的真空間隙所承受，真空間隙絕緣特性的優(yōu)劣成為衡量對地絕緣好壞的重要標(biāo)志。而真空電極的材料與電極的表面狀況，對真空間隙的絕緣是非常關(guān)鍵的因素。在這次的事故中，由于多次開斷很大的短路電流，對真空斷路器的電極造成一定程度的損壞。并且在理論上，在真空電弧熄滅后，弧隙中還存在著殘余的金屬蒸氣和帶電粒子，在大電流時還會有金屬液滴。則有可能出現(xiàn)以下兩種情況： 來源:hvsi.cn
（1）由于電極的表面存在金屬蒸氣和帶電粒子，則將發(fā)生放電現(xiàn)象。放電是一種小的自抑制熄滅的電流脈沖，它的總放電電荷3107 C，存在時間由50 ms到幾毫秒，放電一般發(fā)生在大于1 mm的間隙中。
（2）由于金屬液滴的存在，電極表面可能附著微塊，在電場作用下，微塊脫落而且加速，這微塊撞擊對面的電極時，由于沖擊發(fā)熱可使其本身熔化產(chǎn)生蒸氣，引起擊穿。
基于以上的兩點分析，多次切斷大的短路電流是造成這次事故的主要原因。
2.2 理論分析
無論是放電還是微塊放電，都要在一定的電場作用下才會發(fā)生。真空斷路器在切斷較大的短路電流后，在真空間隙中存在著較多的金屬蒸氣或金屬液滴，則可以借助理論進(jìn)行分析。
氣體放電通常可分為非自持放電和自持放電兩類，其放電伏安特性見圖1。
圖1 氣體放電伏安特性
起初，電流隨電壓升高而升高，這是因為氣隙中帶電離子向電極運動的速度加快，導(dǎo)致復(fù)合率減小的緣故。當(dāng)電壓超過Ua時，單位時間內(nèi)氣隙中電離產(chǎn)生的帶電離子數(shù)基本不變，盡管電壓升高，電流也不會增大，如圖1中ab段。這種情況下氣隙仍處于良好的絕緣狀態(tài)。當(dāng)電壓升高到Ub以后，又出現(xiàn)電流的增長，當(dāng)電壓升高到臨界值Uo時，電流急劇突增，氣體間隙擊穿，此時，氣隙轉(zhuǎn)入良好的導(dǎo)電狀態(tài)。從而可以看出，在小車開關(guān)搖入時，在快與帶電母線接觸時產(chǎn)生了過電壓。
過電壓產(chǎn)生的原因有很多，可以通過對隔離開關(guān)合閘的電路進(jìn)行分析。由于三相對稱，且同期合閘，則可按單相進(jìn)行分析。隔離開關(guān)合閘的等值電路可用圖2來表示。其中，L表示母線側(cè)的電感，C表示隔離開關(guān)的對地電容。
圖2 等值電路
過渡過程中，電源電壓通過電感L向電容C充電，回路中發(fā)生高頻振蕩過程。若設(shè)電源電壓正好經(jīng)過幅值U時合閘，這樣可近似的視為振蕩回路合閘到直流電源U的情況，根據(jù)有關(guān)理論分析，可得出電容上的電壓為Uc = U(1 - cosω0t)，不難看出，當(dāng)t = η/ω0時，Uc達(dá)到最大值，Uc = 2U。
實際電網(wǎng)電壓是交變的，仍保持起始條件不變，可得一般表達(dá)式Uc ＝U(cosωt - cosω0t)，當(dāng)ω0 >> ω時，仍然有Uc = 2U成立。則可以得到以下結(jié)論。
當(dāng)小車開關(guān)在搖入時，在接通的過渡過程中，而這一過程恰好處于容易發(fā)生過電壓的時間t = η/ω0，因而發(fā)生過電壓。而此時的過電壓卻超過了氣體放電的臨界值，使真空斷路器的絕緣間隙導(dǎo)通，此時操作隔離開關(guān)時就等于將隔離開關(guān)合到了接地的故障線路上，從而發(fā)生了爆炸事故
