障原因分析
摘要：消弧线圈是变电站内的常用设备，根据事故情况进行故障原因分析，提出选型、制造、运行等方面应该注意事项，保障电力系统的安全稳定运行。
关键词：消弧线圈成套装置 故障 分析 1. 现场情况
某日某110kV变电站2#接地变121#开关跳闸，变电运行人员现场查看发现开关室内有大量烟雾，系2# 消弧线圈成套装置（700/100-630kVA）发生故障，柜内烧损严重，运维单位组织抢修的同时联系设备生产厂家成立专门的技术小组进行排查分析处理。
1.
并联中电阻达到退火后变色，虽未被烧毁，但已无法再次使用（图片一）； 2.
氧化锌避雷器及电压互感器烧毁严重（图片一）； 3.
阻尼电阻烧毁严重（图片二）； 4.
零序电流互感器烧毁严重（图片三）； 5.
柜内二次线烧毁严重（图片四）；
6.
电压互感器烧毁严重（图片五）； 7.
靠近电阻处的二次电缆绝缘层及二次电线均被烧毁（图片六、七）； 8.
接电压互感器的铜排熔蚀（图片八）； 1.
初步原因分析
经过检修人员和设备厂家技术分析，做出初步判断： 1.
控制并联中电阻投切的真空接触器KM1的控制电源与控制阻尼电阻投切的真空接触器KM3的控制电源接反；
2.
并联中电阻投入超时跳闸回路连接板LP1未闭合；
后来运维人员又和设备厂家专人多次到现场查看原因，否定了初步判断，并最终确认此次事故的主要原因如下：
1.
由于避雷器设计位置不合理，促使避雷器炸裂燃烧后导致避雷器在上端口受软连接的作用自然下垂，连通并联中电阻接地；
2.
由于热空气夹带有金属蒸气或碎屑，导致电压互感器及消弧线圈A相接线柱位置对地放电；
3.
由于二次控制回路崩溃失电而导致阻尼电阻被串入消弧线圈接地补偿回路，促使阻尼电阻长时间发热，直至烧毁；
1.
现场的情况分析
1、附图（现场情况一）。连接片的作用：“实现对并联中电阻非正常运行的保护跳闸功能（即并联中电阻未能在规定时间内切断时，触发接地变开关柜输出跳闸命令）” 。而根据 “现场一”图片中反馈的信息可知：“连接片目前处于断开状态”；并联中电阻的延时保护跳闸功能不能实现。
现场情况一
2、附图（图纸一、二）。根据 “图纸一”图片中反馈的信息可知：“电流继电器1JL时对并联中电阻的延时保护，所以需要采集3TA的电流互感器的二次电流值。同理可知2JL采集2TA的二次值触发2JL电磁线圈动作，保护阻尼电阻的非正常运行”。
后经设备生产厂家确认，此情况属于设备生产厂家与设计院图纸确认时疏忽造成。
图纸一图纸二
3、附图（现场二）。根据图片中反馈的信息可知：“结构布局不合理，电阻属于发热元件，会导致其避雷器、电压互感器以及铜排的绝缘层烧毁”。
现场情况二
4、附图（现场三、四）。根据图片中反馈的信息可知：“在超过10KV额定电压规定安全距离≥125mm的基础上，电压互感器和消弧线圈A点接线柱位置均有对地放电现象”。
现场情况三 现场情况四 1.
烧毁过程分析描述
过程描述：一致认为事故的起始事件为避雷器的炸裂。 避雷器的炸裂原因很多。如下：
1、电力系统发生铁磁谐振过电压时,可能会使避雷器放电，从而烧损其内部元件而引起爆；
2、当线路受到雷击,避雷器正常动作后，由于自身火花间隙灭弧性能较差，间隙承受不住反复电压被击穿时，电弧重燃工频续流等原因，将会再度出现,这样便因间隙多次重烧,阀片电阻烧坏,从而引起避雷器炸裂。
3、避雷器阀片电阻不合格，残压虽然降低但续流却增大了，间隙不能灭弧，阀片由于长时间续流，引起避雷器炸裂。
4、避雷器由于瓷套密封不良，运行中容易受潮和进水等，也很可能引发爆炸。
根据现场运行情况，该装置在发生避雷器爆烈（断裂）之前，系统没有线路投切、没有线路接地发生、消弧线圈也没有调档动作、控制器也没有监测到谐振过电压，故将此次避雷器的断裂归咎于产品质量原因、或者是正常老化。
避雷器发生炸裂或断裂，在消弧线圈接地补偿系统中是一个小概率的事件，经咨询在设备生产厂家数以千计的消弧成套产品中，也仅此一例。
避雷器因产品质量或者老化的原因，炸裂分成两个部分，下半部分仍固定在组合箱内金属梁上，上半部分联通接线端子、螺母、垫圈以及连接于O排的铜编织带，在重力的作用下自然下垂，摆荡。铜编织带的长度恰恰能使自由下垂的避雷器金属上端盖刚好能接触到并联电阻器上层裸露的不锈钢电阻片。这样，O排通过编织带、避雷器上端盖、并联电阻的不锈钢金属片、接地铜排形成接地通道。此时接入的并联充电组织约为37欧姆，中性点电压4310伏，接入部分的不锈钢电阻，发热功率为502.2千瓦。并联中电阻发热，加热空气，热空气上升，使并联中电阻上方的空气的绝缘性能降低。避雷器上端盖与中电阻的电阻片连接并非金属固定，软编织带的长度又是这两部分接触似离非离、似接非接、时接时断，在过程中二者距离足够小的时候中必然发生不稳定燃烧的电弧。金属接触或弧光接通使并联电阻片产生热量，仍不断的加热空气。电弧也会烧蚀电阻金属片和避雷器金属端盖，产生上升的金属颗粒。同时，电弧不断的熄灭和重燃，使故障点产生幅值很高的高频故障瞬态过电压。
上升的热空气夹带有金属颗粒或碎屑，促使并联中电阻上方的空气绝缘性能急剧变差，不稳定燃烧的电弧产生的高频幅值很大的故障过电压，使电压互感器A端（该点接线端子、螺母等有尖角处电场最强）对距离较近的金属部件开始弧光放电。故障过电压幅值较高、对地距离较近、空气中夹杂着大量的金属粒子，这三个因素使得互感器的A端对地部件产生持续燃烧的、稳定的和强烈的电弧放电。该电弧稳定燃烧的过程中，大量喷溅烧蚀电压互感器的A柱导电杆、铜螺母、铜垫圈和所连接的铜排，产生的大量金属粒子，附近空气被完全电离，形成类似金属性接地的电弧通道，使系统中性点O排金属性接地。该处接地电流很大，进一步烧蚀接地铜排等金属部件而形成喷射金属流。这进一步促进了电弧的稳定、猛烈燃烧。在该过程中消弧线圈接地支路和避雷器上端盖搭接中电阻金属片接地支路，这两条支路被稳定燃烧的金属性电弧通道所短路。在电弧所及的范围内，将软质硅胶材质的避雷器下半部分、电压互感器的两个树脂浇铸材质的绝缘子和外壳等可燃部位均烧为灰烬。使所有二次线导线绝缘外皮熔滴，二次线间短路，二次线接地，端子箱内交流空气开关跳闸，二次部分失电，二次功能全部失效，直流接地。稳定剧烈燃烧的电弧所四处喷溅的金属颗粒、复杂化工材料的粉末和被加热至温度很高的空气弥漫在组合柜内的上半部分，使组合柜的上半部分的空气绝缘性能急剧变坏。电弧剧烈烧灼和热传导O排上的高压热缩管开始熔滴，绝缘性能变差，进而发生了多处对地的电弧放电现象，互感器A端对零排、端子箱后、上顶板、金属支架等处的电弧放电；零排对分接开关外壳电弧放电；消弧线圈A端与O排连接位置对上顶板等多处电弧放电均在此列。随着互感器A端金属材质导电杆、铜螺母、铜垫圈和铜排的烧蚀喷溅而逐渐消耗殆尽，绝缘距离增大，互感器A端为中心的团状强烈燃烧的电弧开始熄灭。随着上述稳定燃烧的电弧的熄灭，先前被弧光接地掉的两条接地支路被重新接入。此时二次侧已经失电，二次功能全部失效，阻尼电阻的KM3与KM2完全失效，阻尼电阻被长期接入消弧线圈接地支路中。铜编织带搭接并联中电阻金属片接地支路仍然存在，中性点上仍有电压，阻尼电阻长期接入发热，直至烧断，该支路形成断路，不再流通电流。这可能需要一个相对较长的时间。
铜编织带经避雷器上端盖搭接中电阻片的接地支路，在外部金属性接地（互感器A端对地弧光及其它对地电弧）消失、消弧线圈支路阻尼电阻烧断后，在金
属端盖脱离开电阻片时，在故障电压某次过零时熄灭。熄灭或重燃随时可能发生，有较大的不确定性，并且在相对较长的时间内会一直存在着比较大的概率。直至接地变压器开关柜人为断开之后，接地变压器脱离系统，事故才可能完全终止。
并联中电阻由4只11欧姆电阻串联而成；阻尼电阻为一只35欧姆，其两只单位电阻体积相同，由此可见并联中电阻的电阻片比阻尼电阻的电阻片横截面积大，有着更高的过流能力；避雷器上端盖与电阻片的接触面积不大，存在着一定的电阻不稳定燃烧的较弱的弧光，也有一定的阻抗；又有大部分阻值的并联中电阻被串入接地支路；以上三方面原因，使得并联中电阻并没有被烧断。这也是避雷器上端盖与中电阻片上未见严重烧灼的痕迹的原因。
烧毁事故过程分析框图
1.
故障设备图片
图片一 图片二
图片三图片四
图片五 图片六
图片七 图片八
1.
事故原因归纳
经过多方排查分析本次事故的主要原因如下： 1.
接地变消弧线圈成套装置柜内一次元器件及二次回路布局不合理； 2.
成套装置柜内避雷器炸裂导致接地变压器中性点串入铜排、炸裂的避雷器上端口、并联中电阻以及接地铜排的接地支路，产生不稳定接地；
3.
避雷器固定以及安装位置不合理。 避雷器上端口为软连接，其设计时未考虑避雷器炸裂后，会导致串入电阻接地；
4.
并联中点阻串入接地后发热，高温导致避雷器燃烧，夹杂这金属颗粒的热空气上升，导致空气绝缘性能变差，最终致使电压互感器对多处放电；
5.
柜内温度急剧升高、避雷器燃烧放电现象导致二次回路崩溃失电，而最终导致对其控制接触器KM3、保护接触器KM2均不动作，阻尼电阻串入消弧线圈接地补偿回路后烧毁；
七、几点建议：
1、生产运维单位加强对新上电气设备的安装验收把关，从源头上杜绝布局不合理的、试验不合格设备投入运行；改善设备的运行条件；在日常巡视维护工作中，要切实巡视到位，提高巡视质量、提前发现故障苗头，将缺陷故障消除在萌芽状态。
2、设备生产厂家安排整改同批次的同类型产品，在消缺中优化相关设计：
1）优化柜内设备的布局：可采用吊装方式安装并联中点阻及阻尼电阻； 2）优化柜内二次回路走线方案：避开高压、避开发热元件、避开预想的事故放电位置；
3）优化电压互感器选型：选用全绝缘电压互感器，避免此次事故引起的由于电弧放电导致的电压互感器A相与地之间的接地短路；
4）优化避雷器的选型：可采用提高电压等级的避雷器并配装动作计数器或者监测器；
5）柜体的散热优化设计：加大柜体的自然通风量和强制通风量。 作者简介：
程蕾志（1968-），男，江苏连云港人，工程师，高级技师，从事电力系统输变电设备运维管理及项目管理等工作。
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