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一起35kV開關(guān)雷擊爆炸事故分析

文檔作者：黃博孫振權(quán) 汪雨辰文檔來源：陜西省地方電力(集團(tuán))有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年06月12日
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《電氣開關(guān)》(2013．No．3) 79
文章編號(hào)：1004—289X(2013)03—0079—04
一起35kV開關(guān)雷擊爆炸事故分析
黃博，孫振權(quán)，汪雨辰
(陜西省地方電力(集團(tuán))有限公司，陜西 西安710061)
摘 要：對(duì)一起35kV開關(guān)雷擊爆炸事故進(jìn)行分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘查，指出了事故的直接原因是斷路器無法及時(shí)開
斷由雷擊造成的近區(qū)故障短路電流。對(duì)事故涉及的雷擊機(jī)理進(jìn)行了闡述，結(jié)合運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，給出了解決問題的解決
方案，即安裝線路避雷器，對(duì)避雷器的參數(shù)選擇、安裝位置提出了有實(shí)用價(jià)值的建議，以防止類似事故再次發(fā)生。
關(guān)鍵詞：斷路器；變電站；雷擊；線路避雷器
中圖分類號(hào)：TM561．3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
Analysis on an Explosion Accident of 35kV Circuit Breaker
HUANG Bo，SUN Zhen—quan，WANG Yu—chen
(Shaanxi Regional Electric Power Group Co．，Ltd，Xi an 7 1 006 1，China)
Abstract：The process and disposal of a 35 kV circuit breaker fault caused by multi—lightning strikes were analyzed，
combined with on—site inspection of accident，pointed out that the circuit breaker cannot quickly switch of the fault current
caused by short line fault is the direct cause of the accident．The lighting mechanism was described，the rational sug—
gestions and preventative measures were provided in order to stop the similar faults happen once more．
Key words：circuit breaker；substation；lightning stroke；line surge arrester
1 引言
雷害事故占電力系統(tǒng)事故的比例逐年上升。根據(jù)
國(guó)內(nèi)電線路運(yùn)行狀況的有關(guān)歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，電力系統(tǒng)
中輸配電線路故障的起因有50％ 一60％是由于雷擊
跳閘的，雷害是引起線路故障的主要原因。近年來，在
雷雨天氣下相繼發(fā)生了多起敞開式變電站內(nèi)斷路器爆
炸事故，嚴(yán)重威脅了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。廣東地區(qū)
及國(guó)內(nèi)其他地區(qū)等變電站頻繁發(fā)生同類事故L1 。電
壓等級(jí)覆蓋了220、110、35、及10kV，尤其是中壓線路
非全線加裝避雷線的情況下事故更甚。本文以一起
35 kV變電站斷路器因雷擊爆炸的事故為例，對(duì)斷路
器爆炸的形成條件、影響因素及防范與減小事故影響
的措施進(jìn)行分析，給出解決方案。
2 事故概況
2．1 事故前系統(tǒng)運(yùn)行方式
某變電站35kV系統(tǒng)采用單母線分段的接線方
式，其事故前運(yùn)行方式為：35kV兩條進(jìn)線分列運(yùn)行，聯(lián)
絡(luò)開關(guān)處于斷開位置。故障斷路器作為進(jìn)線l的備
用，處于熱備用狀態(tài)，即線路側(cè)隔離開關(guān)及母線側(cè)隔離
開關(guān)均處于合位置。
圖1 故障前運(yùn)行方式示意圖
2．2 事故檢查概況
2010年1O月19日，變電站上空出現(xiàn)較大雷雨，
23時(shí)34分35kV青槐變35kV青槐T線開關(guān)遭雷擊爆
炸，造成一臺(tái)35kV開關(guān)(LW16—40．5／1600)嚴(yán)重?fù)p
壞報(bào)廢，五臺(tái)35kV刀閘支持絕緣子損傷(35kV青鎮(zhèn)
開關(guān)線刀閘、母刀閘；35kV青槐T開關(guān)線刀閘、母刀

《電氣開關(guān)》(2013．No．3) 81
縮短斷路器失靈時(shí)故障的切除時(shí)問。
3．2 雷擊防護(hù)機(jī)理與分析
雷擊線路有直擊、繞擊和行波侵入等形式。本文
涉及的事故可能原因?yàn)槔@擊或雷電波入侵。雷電過電
壓沿線路入侵變電站，會(huì)形成雷電入侵波。由于波在
傳播過程中必須滿足單位長(zhǎng)度線路上存儲(chǔ)的電場(chǎng)能量
和磁場(chǎng)能量相等這一基本規(guī)律，即：
1 C
0
2
q =
1
L0 ,2
q
如果線路參數(shù)， ，cn和波阻抗z在某節(jié)點(diǎn)上發(fā)
生突變，那么為了滿足式(1)，線路上的電壓波和電流
波必然會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變，這樣就會(huì)在該節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生行
波的折射與反射。如行波從波阻抗較大的架空線路傳
人波阻抗較小的電纜線路，或相反地從電纜線路傳人
架空線路，或帶電開口運(yùn)行開關(guān)的斷口處等均會(huì)發(fā)生
行波的折射與反射。
通過分析波的折射與反射可知，當(dāng)電壓波到達(dá)開
路末端時(shí)將發(fā)生全反射，使線路末端電壓上升到入射
波電壓的2倍；同時(shí)，電流波發(fā)生負(fù)的全反射，使線路
末端電流變?yōu)榱?。此時(shí)，入射波的磁場(chǎng)能量將全部轉(zhuǎn)
變?yōu)殡妶?chǎng)能量。因此當(dāng)雷電過電壓從線路傳人變電
站，且該雷電波傳至帶電開口運(yùn)行開關(guān)時(shí)，即相當(dāng)于過
電壓波傳到開路末端。由于過電壓波傳至開路末端時(shí)
會(huì)發(fā)生全反射，因此開路末端的電壓上升為人射波電
壓的2倍，即相當(dāng)于雷電過電壓人射波的2倍，這樣就會(huì)
嚴(yán)重威脅到斷路器絕緣，甚至造成斷路器設(shè)備的損壞。
當(dāng)輸電線路遭到突發(fā)性的雷擊以后，雷電分流會(huì)
發(fā)生較大的變化，一部分電流通過塔體進(jìn)入地下，當(dāng)這
一電流超過額定值以后線路避雷器動(dòng)作加入分流；另
一部分的電流從避雷線導(dǎo)入桿塔。雷電流在通過避雷
線時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)，這就會(huì)產(chǎn)生耦合分量。然后，
利用避雷器分流大于雷電流的耦合作用提高導(dǎo)線電
位，這樣就會(huì)使絕緣子串的電壓大于導(dǎo)線和塔頂之間
的電位之差，從而絕緣子不具備發(fā)生閃絡(luò)的條件，斷路
器斷口不致于擊穿，達(dá)到防雷的目的，它的最大的優(yōu)點(diǎn)
就是鉗電位作用明顯，可以有效地保護(hù)線路及設(shè)備的
安全。
4 防范措施及方案
4．1 站內(nèi)裝設(shè)出線避雷器
發(fā)生本次事故最直接的原因?yàn)榫€路雷電侵人波，
故障斷路器的大氣過電壓未得到有效的抑制，因此有
必要采取適當(dāng)措施限制雷電侵入波的侵害，在站內(nèi)安
裝出線避雷器是最簡(jiǎn)單的方法。站內(nèi)出線避雷器可選
擇無間隙氧化鋅避雷器，注意選擇標(biāo)稱電流的殘壓水
平及雷電沖擊絕緣水平與避雷器保護(hù)水平有較大的裕
度配合系數(shù)。安裝合成絕緣外套氧化鋅避雷器也可以
有效地抑制雷電侵入波的危害，對(duì)降低線路雷擊跳閘
率有較好的效果，在安裝位置適當(dāng)?shù)那闆r下，可有效地
保護(hù)斷路器斷口。
4．2 線路避雷器的參數(shù)選擇
(1)持續(xù)運(yùn)行的電壓。持續(xù)運(yùn)行電壓是可以負(fù)荷
的持續(xù)地施加在端子間的工頻電壓的等效值。目前在
我國(guó)普遍使用的氧化鋅避雷器，由于電壓直接加在電
阻片上，久而久之就會(huì)導(dǎo)致電阻片劣化。所以持續(xù)運(yùn)
行的電壓必須大于長(zhǎng)期作用在避雷器上的電壓，以免
出現(xiàn)熱崩潰的現(xiàn)象。
(2)額定電壓。額定電壓指的是施加到端子之間
的最大工頻電壓等效值，與持續(xù)運(yùn)營(yíng)電壓相比最大的
不同之處在于額定電壓是最大允許電壓值，超過這一
數(shù)值就會(huì)損壞線路避雷器。標(biāo)稱電壓一定的情況下，
額定電壓越高，流經(jīng)避雷器的電流就會(huì)越小，這就可以
提高運(yùn)行的可靠性，但是，如果過高就會(huì)導(dǎo)致殘壓較
高。因此，需要權(quán)衡額定電壓與殘壓之間的關(guān)系。
(3)標(biāo)稱放電電流。標(biāo)稱放電電流主要用來劃分
線路避雷器等級(jí)的放電電流的峰值，主要是和雷電流
穿通道入地的時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)，只要能夠在線路開關(guān)動(dòng)
作之前，未建立工頻電弧，線路就可以供電。這一個(gè)指
標(biāo)比較難以計(jì)算，可以根據(jù)具體線路的雷電發(fā)生情況，
并結(jié)合運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)值來確定之。
4．3 線路避雷器的安裝位置
在選擇安裝線路避雷器地點(diǎn)過程中，必須結(jié)合本
地區(qū)歷年來的線路雷擊跳閘情況、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及線路所
經(jīng)的地形，綜合各種因素來確定線路避雷器安裝的最
佳地點(diǎn)。線路防雷仿真計(jì)算可以作為分析安裝線路避
雷器效果的輔助手段。本此事故主要由線路站端直擊雷
或遠(yuǎn)端線路雷電行波造成的，因此安裝位置如下考慮：
(1)變電站饋線線路的第一基桿塔，為了防止繞
擊跳閘，一般在上相或兩邊相上各安裝一只線路避雷
器；在接地電阻較高，雷害活動(dòng)較強(qiáng)烈，易于發(fā)生繞擊
的桿塔，且接地電阻降低有困難(如巖石塔基)，加強(qiáng)
線路絕緣受到桿塔尺寸限制的情況下，一般在三相導(dǎo)
線上安裝線路避雷器；
(2)沿該線路在地形或氣象特殊的的繞擊易發(fā)區(qū)
的桿塔上安裝線路避雷器，由于雷擊一相放電最多，應(yīng)
該重點(diǎn)考慮雷擊一相線路避雷器的安裝數(shù)量；
82 《電氣開關(guān)》(2013．No．3)
(3)線路避雷器的安裝位置要處于跌開式熔斷器
保護(hù)范圍之內(nèi)，這樣可以防止其正常運(yùn)行或遭雷擊后
發(fā)生意外的故障，影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在位置
選擇時(shí)必須考慮經(jīng)濟(jì)性，盡量少安裝避雷器。但是，安
裝的數(shù)量應(yīng)該能夠滿足雷擊事件發(fā)生的分散性、不確
定性和統(tǒng)計(jì)性的要求，否則就不能達(dá)到避雷的效果。
5 結(jié)語(yǔ)
在斷路器斷口擊穿或電弧重燃的特殊情況下，應(yīng)
避免線路絕緣子閃絡(luò)，形成短路條件，如果斷路器在分
位后短路，應(yīng)采取適當(dāng)保護(hù)措施快速切除故障。近距
短路故障產(chǎn)生的巨大電流會(huì)損傷系統(tǒng)設(shè)備，對(duì)于大電
流接地系統(tǒng)站，應(yīng)盡量避免近距短路故障的發(fā)生，可適
當(dāng)加強(qiáng)線路兩端的外絕緣。
陜南山區(qū)雷電活動(dòng)強(qiáng)烈，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行方式復(fù)
雜，防雷工作任務(wù)繁重。為了防止同類斷路器爆炸事
故的發(fā)生，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，應(yīng)以裝設(shè)站內(nèi)出線避
雷器為主要措施，但要加強(qiáng)避雷器的運(yùn)行維護(hù)管理，防
止避雷器爆炸事故的發(fā)生。同時(shí)應(yīng)逐步深化推廣線路
避雷器的研究與應(yīng)用，使雷電事故的防范措施更加全
面有效。
參考文獻(xiàn)
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力．2006(5)：29 —32．
收稿日期：2013—03—13
作者簡(jiǎn)介：黃博。男。高級(jí)工程師，陜西省地方電力(集團(tuán))有限公司鎮(zhèn)安分公司總
經(jīng)理。長(zhǎng)期工作于電力系統(tǒng)一線。擁有豐富的生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；
孫振權(quán)。男。博士。教授級(jí)高工．陜西省地方電力【集團(tuán))有限公司配電
網(wǎng)研究中心副主任；
汪雨辰。男。碩士。助理工程師，主妻研究方向：智能電網(wǎng)。電器智能化理
論。
完善其自然通風(fēng)系統(tǒng)，在開關(guān)柜的電纜室、母線室、斷
路器室采取底部進(jìn)風(fēng)、頂部排風(fēng)的專門通風(fēng)通道的設(shè)
計(jì)方式，使設(shè)備在運(yùn)行中發(fā)生的熱量能有專門通風(fēng)通
道釋放，必要時(shí)還可以加裝強(qiáng)制冷卻裝置來提高散熱
能力。
(2)嚴(yán)格把好新設(shè)備入網(wǎng)前的驗(yàn)收關(guān)。對(duì)金屬封
閉開關(guān)柜觸頭的材料選擇，觸指載流量的設(shè)計(jì)等參數(shù)
進(jìn)行校核，嚴(yán)格按照產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求對(duì)安裝工藝進(jìn)行驗(yàn)
收。開關(guān)柜導(dǎo)體接觸面應(yīng)平整光滑，各部位壓緊螺絲
應(yīng)符合相關(guān)力矩要求，孔眼與螺栓之間不應(yīng)有過大縫
隙，保證手車動(dòng)觸頭插入深度，并且接觸良好?，F(xiàn)場(chǎng)交
接試驗(yàn)時(shí)應(yīng)測(cè)量主回路導(dǎo)電回路電阻，測(cè)量值應(yīng)與出
廠前無明顯差別，從而保證觸頭不因接觸不良造成過
度發(fā)熱。
(3)積極研究金屬封閉開關(guān)柜觸頭溫度監(jiān)測(cè)新技
術(shù)。隨著傳感器技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、新材料技術(shù)日益
成熟，實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜觸頭溫度精確在線監(jiān)測(cè)成成為了可
能。例如預(yù)裝設(shè)光纖式測(cè)溫裝置、無線測(cè)溫裝置等措
施，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)柜內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀況，在觸頭發(fā)熱故障初
始階段就進(jìn)行狀態(tài)維護(hù)，從而實(shí)現(xiàn)金屬封閉開關(guān)柜安
全穩(wěn)定運(yùn)行。
6 結(jié)語(yǔ)
金屬封閉開關(guān)柜雖然具有許多優(yōu)點(diǎn)，但由于體積
小，散熱空間小，存在散熱困難的特點(diǎn)。因此應(yīng)對(duì)金屬
封閉開關(guān)柜，特別是大電流柜上不進(jìn)行通風(fēng)改造，必要
時(shí)在運(yùn)行中加裝強(qiáng)冷卻裝置以加強(qiáng)散熱。有條件的地
區(qū)可以裝設(shè)在線測(cè)溫裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)柜內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行
狀況。通過這些措施可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)與預(yù)防開關(guān)柜內(nèi)部
設(shè)備載流故障發(fā)生，提高設(shè)備運(yùn)行可靠性。
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輸電與變電技術(shù)，2010(2)．
收稿日期：2012—06—15
(上接第78頁(yè)) 作者簡(jiǎn)介：陳世昌I1981一)。男，本科，畢業(yè)于華北電力大學(xué)．電氣試驗(yàn)技師。助理
能通過提高熱對(duì)流系數(shù)來改進(jìn)散熱效果。因此需要應(yīng) 工程師長(zhǎng)期從事現(xiàn)場(chǎng)高壓試驗(yàn)技術(shù)的研究。

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