电容器投切过电压引起的开关故障分析
1引言
真空断路器由于结构紧凑、答应的机械及电气寿命较油开关存在明显的上风，故此，近年来在国内10kv及35kv系统中得到了广泛的应用，尤其应用在投切电容器组方面。但根据现有的运行经验，国产35kv真空开关，无论设计水平、还是制造工艺上都相对欠缺，尤其是操动机构的可靠性方面急需进一步的进步。而进口35kv真空开关其制造工艺及机械电气性能都较优，但国外35kv系统多为接地系统，生产的系列产品其尽缘性能多不能满足我国的35kv电压等级的要求。国内部分合资厂家引进技术，经过加强尽缘，生产的35kv真空开关，保存了进口开关的很多优点，同时满足了国内35kv电压等级的尽缘要求，性能相对可靠。但由于进口开关原设计结构的限制，尽缘改进后的产品仍有部分技术性能不能满足国内有关技术要求，此类设备的运行也存在一定的隐患。下面就一起投切电容器过电压引起的进口铠装真空开关尽缘故障作具体分析。多用表| 验电笔| 示波表| 电流表| 钩表| 测试器| 电力计| 电力测量仪| 光度计| 电压计| 电流计|
图1故障发生时的运行方式
2故障前运行方式及保护监控信号
故障发生时的运行方式如图1所示。各电容器参数见表1。各电容器自投产冲击试验至事故发生时，累计操纵次数见表2。
表1各电容器参数
表2各电容器自投产冲击试验至事故发生时的累计操纵次数
2.1保护及监控动作情况
＃1电容器和＃4电容器相继由运行改热备用，之后，162ms内出现35kvi、ii段母线瞬时接地。＃4电容器ia越高限（电流380.752a）;ib越高限（电流379.873a）。＃1主变35kvab相电压uab为36.590kv。35kv母差交流电压回路断线动作，35kv母差保护动作，35kv母分开关分，＃2电容器开关分。
2.2故障现象
检查开关室，＃4电容器柜有烟雾，＃4电容器开关小车拉至柜外，发现＃4电容器开关内部故障，开关本体烧毁，c相特别严重。开关母线侧三相短路，35kv母差保护动作。检查＃4电容器组设备完好，发现＃4电容器组避雷器三相各动作一次。避雷器的型号为y5wr-51/134。
3故障断路器解体测试
3.1试验仪器
尽缘电阻测试仪:型号pc270-2h 使用2500档
150kｖ工频耐压设备如下:
直流电阻测试仪:型号mom600a 瑞典
开关机械特性测试仪:型号x-bt100 德国
3.2丈量尽缘电阻
在故障断路器未作任何处理情况下测试，尽缘电阻丈量数据如表3所示。
表3故障断路器处理前的尽缘电阻
用棉布浸无水酒精清洗三相尽缘筒及触臂，同时将棉布从尽缘筒上端伸进，清洗尽缘筒内表面和真空灭弧室外表面。尽缘筒外表面碳黑基本清除，清洗后，用电吹风吹干。再次丈量尽缘电阻，丈量结果如表4所示。
表4故障断路器处理后的尽缘电阻
3.3工频耐压试验
3.3.1断口试验
断口试验的接线方式为:开关上触臂接高压，下触臂接地。丈量结果如表5所示。
表5故障断路器断口试验结果
3.3.2机械操纵及特性试验
机械操纵及特性试验的丈量结果如表6所示。
表6机械操纵及特性试验丈量结果
三相真空灭弧室外包热缩套割往后，进行工频耐压试验。丈量结果如表7所示。
表7往除热缩套后的工频耐压试验丈量结果
c相真空灭弧室开距拉大至14mm，工频耐压为88kv，外部闪络。经过实测，开关主要尽缘部件爬距如表8所示。
表8开关主要尽缘部件爬距丈量结果
破开a、c相真空灭弧室检查发现，灭弧室消息触头及屏蔽罩崭新，未发现触头烧损现象。
4故障原因分析
对于电源中性点不接地系统中开断中性点接地的电容器，产生过电压的分析如下。
设a相电流过零时，首先开断。此时a相电源电压为最大值em，令em＝1。经过半个工频周期时的各点电压如图2（a）所示。此时，(a－a’’’’)间恢复电压为3，若重燃并在高频电流第一次过零时熄弧，a’’’’点有最大电位为－3。再经过半个工频周期，各点电压如图2（b）所示。a点电位升至＋3，（a－a’’’’）间恢复电压达6。按照上述分析方法，分析a、b两相先后断开时的过电压，可知先后开断的过电压比一相开断后两相同时开断时要高。可见，开断电容器时，有可能产生的操纵过电压是比较高的。
图2电源中性点不接地系统a相先开断电容器
根据上述分析，结合试验数据及开关解体检查情况分析，我们发现故障是由于该断路器断口及尽缘拉爬距严重不足造成的。爬距不到国标规定的35kv加强尽缘有机尽缘爬距810mm、瓷尽缘爬距729mm的一半的要求。同时断口工频耐压水平裕度较小。在系统出现过电压的情况下，轻易出现尽缘事故。根据烧损断路器的外观检查，我们以为开关故障主要原因是产品出厂时外尽缘存在尽缘隐患，在开断＃4电容器时，由于出现电弧重燃，产生暂态过电压，引起灭弧室外部尽缘闪络。在开关外尽缘筒内壁填充尽缘固化发泡材料，增加断口间尽缘水平。采取上述措施后断路器顺利投进运行。
5结论
5.1进口35kv开关一般按照不接地系统设计，投进国内35kv系统运行必须需经过尽缘改造。
5.235kv紧凑式开关内外尽缘裕度不足，尤其受灭弧室结构限制，灭弧室爬距常不能满足要求，需采取有效措施改善断口间尽缘强度。
5.3投切电容器的真空开关须经过电流老化和投切试验后，方能投进系统运行。
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