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[摘 要]通过对几起500 kV断路器断口击穿故障的分析表明，断路器断口发生击穿后，无论是灭弧室内部断口击穿还是断口外绝缘表面闪络，故障电弧均不能自行熄灭，同时由于断口闪络电流较小且没有对地故障，各种保护装置均不能快速动作。持续燃烧数秒钟的电弧使灭弧室严重发热，劣化SF。气体，并引发断路器爆炸等更严重的设备故障。带有并联电杭器的线路断路器及发变组断路器发生断口闪络故障的风险较高。
[关键词]断路器；断口闪络；闪络保护
中图分类号：TM561 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）18-0143-01
0 引言
近期电网发生的几起断路器断口击穿、并联电容器击穿以及断路器断口瓷套外部闪络击穿故障，从总体来看，这几起故障均可归为断路器断口闪络、击穿故障，并从中可以看出发变组断路器、以及带有并联电抗器线路的断路器发生断口闪络的风险较高。由于断口闪络后故障电流较小且没有对地故障，通常保护装置均不能快速切除故障；同时由于系统电压的存在，故障电弧也不能自行熄灭。从近期几起故障来看，持续燃烧数秒钟的电弧使灭弧室严重发热，劣化SF。气体，并引发断路器爆炸等更严重的设备故障。因此为断路器闪络配置有效的保护装置，及时切除发生故障的断路器，对于保证设备安全、避免故障扩大有着重要意义。
1 断路器断口闪络故障分析
1.1 发变组断路器断口闪络故障
1.1.1 断路器机械故障造成的断口闪络
2011年5月19日，某电厂1号机组启动并网过程中，执行调度命令将5021，5022断路器由冷备转热备。在5021-1刀闸已合入，合入5021-2刀闸后，发生5021断路器C相损坏、1号母线双套差动动作的故障， 从故障波形可以看出，故障时，5021断路器C相出现一次有效值约6.8 kA的电流；此后约4s时间内，该电流随发变组高压侧电压与系统母线电压之间的角度差变化而变化，呈现周期性变化趋势，当角度差为零时，该电流为零，角度差为最大时，该电流在此4s时间内的最大有效值达到4 kA，但持续时间很短；该电流始终存在，直到断路器爆炸引发相间短路母差保护动作。
后解体分析认为，由于该断路器内部变直机构轴销脱落，造成双断口中靠近发变组进线侧断口实际始终处于合位。起机过程中，由于机组电压与系统电压存在频差，使断路器断口间电压在0～2U0范围内变化（U0为系统电压额定值）；而由于发变组进线侧断口实际在合入位置，断路器母线侧单断口外绝缘不能承受2 U0的工频电压，进而发生外绝缘闪络。
由于机组同期并网过程机组电压与系统电压的幅值相位都比较接近，因此断口外绝缘闪络后故障电流很小，且为低频周期出现，在断口發生闪络的4S时间内没有保护能够感知故障并动作，电弧持续燃烧，断路器内部压力也不断增大，直至断路器瓷套发生爆炸，断路器内部SF。气体与碎裂的瓷件飞出，引起相间短路故障后，短路电流激增，母线保护才动作将故障切除。
1.1.2 外绝缘闪络造成的断口闪络
2011年3月26日，某电厂机组具备并网条件后，按照调度令进行并网操作，当发电机机端电压升至19.9 kV、运行人员即将自动同期装置投入准备并网时，升压站5008开关B相灭弧室东断口发生爆炸， 通过对闪络过程故障录波的分析，在机组并网前由于主变高压侧电压与系统电压存在微小相角差和频差，使5008开关断口两侧电压在0～2U0范围内变化。从产品设计和制造上，断路器断口灭弧室内部绝缘能够承受该电压的作用，之后的解体过程中检查灭弧室内部喷口没有烧损和放弧痕迹看，也证明灭弧室内部没有发生内闪络。但由于故障前该厂地区大量降雪，在柱式断路器水平断口外表而上方存在大量积雪，断口外绝缘水平大大降低，最终在2U0电压作用下造成断口外绝缘闪络，长时间的闪络电流，使电弧集中的灭弧室瓷套根部严重发热、加之灭弧室内部SF。气体压力作用，造成灭弧室爆炸。
此外从故障波形中可以看出，在断路器断口发生外绝缘闪络时后，主变高压侧B相出现电流，最大有效值为5 260 A（主变高压侧正常额定电流为825 A），系统电压仍为正常值。但由于B相闪络后机组实际上与系统联通，故障电流随之减小；在随后的0.5 s内减小到了2 kA以下，此故障电流不具备启动零序保护的条件，所以主变零序保护没有出口。直至2 765 ms后5008开关爆炸使静触头引线掉落于CT油箱发生接地短路，母差保护动作，切除5034A和5044开关，使500 kV-4 A母线彻底与系统断电隔离，故障消除。
1.2 带并联电抗器线路断路器断口闪络故障
1.2.1 切除空载线路引发的断口闪络
2012年3月3日，某带有并联电抗器的线路发生B相永久故障，断路器重合失败后三相跳开。在最后一组断路器三相跳开过程中，由于线路电容与并联电抗器间的放电过程，使断路器断口两端电压出现幅值较高的拍频电压，电压峰值达到910 kV。该电压造成A相断路器断口电容器击穿，电容器击穿后实际形成线路A相经闪络断口击穿的状态，流过断口的电流为经电抗器补偿后的线路空充电流，约为70 A。由于电流值很小（二次值为28 mA） ，且没有对地故障，因而所有保护均未动作；此电流在断口内持续燃烧约12 S，造成内部SF。气体严重劣化或电容器阀片爆裂，使内部绝缘降低，最终发展为对地故障，母差保护切除故障。
1.2.2 对端断路器切除空载线路引发的断口闪络
2010年5月5日，某变电站在对一带并联高抗补偿的线路停电操作过程中，在本侧断路器已断开情况下，线路对侧拉开断路器时，本侧断路器发生断口内部击穿。闪络电流约190 A，持续数秒后造成断路器双断口灭弧室炸裂，由于故障电流较小，且没有对地故障，所有保护均未动作，断口闪络的电弧在空气中燃烧十几分钟后，由运行人员将母线停运，电弧燃烧过程结束。 2 断路器断口闪络故障原因与保护措施
从以上几起断路器断口闪络故障的特点看，断路器断口闪络保护多发生在发变组断路器或带有并联电抗器线路的断路器上。
对于发变组断路器，由于在机组并网过程中主变高压侧电压与系统电压存在微小频差和相角差，使加在断口两端的电压呈现很低的拍频特征，幅值在0～2倍相电压之间变化。在此期间如果断路器断口绝缘由于机械或外绝缘等原因存在缺陷环节，就有可能发生短路闪络故障。而断口闪络发生后，由于故障电流不大（机组近似出入同步状态），且为间歇性出现，同时由于没有对地故障，机端和母线电压都处于正常状态，因而各种保护均不动作。虽然发变组断路器通常配置断路器闪络保护，但该保护定值主要以保护断口闪络后负序电流不超过机组耐受水平为目的，动作定值和延时都较长，往往出现断口闪络后故障电流短时达到保护启动定值、但持续时间很短后消失，保护返回的情况。因而难以对断路器断口闪络故障提供有效迅速的保护，造成断口闪络持续较长时间后发展为对地故障。
而对于带有并联电抗器线路的断路器，当最后一组断路器跳开后由于线路电容与并联电抗器间的充放电过程，线路电压呈现拍频特征，线路断路器断口间电压为母线工频电压与线路拍频电压之差，也呈现拍频的特点。该电压的幅值与线路并联补偿度、分闸相位有关，在一些情况下断口暂态电压可能接近或略大于其额定耐受水平。因此一旦断口绝缘均在薄弱环节，就有可能发生断口闪络。而闪络故障发生后，故障电流为线路经并联电抗器补偿后的空充电流，通常为数十至数百安，远小于对地短路电流；并且由于沒有对地故障，线路和母线电压均为正常水平，因此各种保护均不动作，造成断口闪络后故障电弧长期存在，直至发生对地故障。
无论是发变组断路器还是带有并联电抗器的线路断路器，一旦发生在分闸状态下发生断口闪络，无论闪络发生在断路器外部还是灭弧室内部，该电弧均不能自行熄灭。同时由于没有有效保护，故障电弧
长时间存在，持续燃烧的电弧将使瓷套严重发热、劣化SF。气体，并最终引发断路器爆炸等严重的设备事故。
因此对存在上述情况的断路器，除加强运维管理、提高断口绝缘水平及可靠性之外，为断路器设置有效的断口闪络保护，也是避免引发断路器严重故障的有效措施。
参考文献
[1] 邵笔贵，薛彤，夏震宇，等一起发电机组断口闪络事故的原因分析[J].电力系统保护与控制，2010，38（1）：107-111.
[关键词]断路器；断口闪络；闪络保护
中图分类号：TM561 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）18-0143-01
0 引言
近期电网发生的几起断路器断口击穿、并联电容器击穿以及断路器断口瓷套外部闪络击穿故障，从总体来看，这几起故障均可归为断路器断口闪络、击穿故障，并从中可以看出发变组断路器、以及带有并联电抗器线路的断路器发生断口闪络的风险较高。由于断口闪络后故障电流较小且没有对地故障，通常保护装置均不能快速切除故障；同时由于系统电压的存在，故障电弧也不能自行熄灭。从近期几起故障来看，持续燃烧数秒钟的电弧使灭弧室严重发热，劣化SF。气体，并引发断路器爆炸等更严重的设备故障。因此为断路器闪络配置有效的保护装置，及时切除发生故障的断路器，对于保证设备安全、避免故障扩大有着重要意义。
1 断路器断口闪络故障分析
1.1 发变组断路器断口闪络故障
1.1.1 断路器机械故障造成的断口闪络
2011年5月19日，某电厂1号机组启动并网过程中，执行调度命令将5021，5022断路器由冷备转热备。在5021-1刀闸已合入，合入5021-2刀闸后，发生5021断路器C相损坏、1号母线双套差动动作的故障， 从故障波形可以看出，故障时，5021断路器C相出现一次有效值约6.8 kA的电流；此后约4s时间内，该电流随发变组高压侧电压与系统母线电压之间的角度差变化而变化，呈现周期性变化趋势，当角度差为零时，该电流为零，角度差为最大时，该电流在此4s时间内的最大有效值达到4 kA，但持续时间很短；该电流始终存在，直到断路器爆炸引发相间短路母差保护动作。
后解体分析认为，由于该断路器内部变直机构轴销脱落，造成双断口中靠近发变组进线侧断口实际始终处于合位。起机过程中，由于机组电压与系统电压存在频差，使断路器断口间电压在0～2U0范围内变化（U0为系统电压额定值）；而由于发变组进线侧断口实际在合入位置，断路器母线侧单断口外绝缘不能承受2 U0的工频电压，进而发生外绝缘闪络。
由于机组同期并网过程机组电压与系统电压的幅值相位都比较接近，因此断口外绝缘闪络后故障电流很小，且为低频周期出现，在断口發生闪络的4S时间内没有保护能够感知故障并动作，电弧持续燃烧，断路器内部压力也不断增大，直至断路器瓷套发生爆炸，断路器内部SF。气体与碎裂的瓷件飞出，引起相间短路故障后，短路电流激增，母线保护才动作将故障切除。
1.1.2 外绝缘闪络造成的断口闪络
2011年3月26日，某电厂机组具备并网条件后，按照调度令进行并网操作，当发电机机端电压升至19.9 kV、运行人员即将自动同期装置投入准备并网时，升压站5008开关B相灭弧室东断口发生爆炸， 通过对闪络过程故障录波的分析，在机组并网前由于主变高压侧电压与系统电压存在微小相角差和频差，使5008开关断口两侧电压在0～2U0范围内变化。从产品设计和制造上，断路器断口灭弧室内部绝缘能够承受该电压的作用，之后的解体过程中检查灭弧室内部喷口没有烧损和放弧痕迹看，也证明灭弧室内部没有发生内闪络。但由于故障前该厂地区大量降雪，在柱式断路器水平断口外表而上方存在大量积雪，断口外绝缘水平大大降低，最终在2U0电压作用下造成断口外绝缘闪络，长时间的闪络电流，使电弧集中的灭弧室瓷套根部严重发热、加之灭弧室内部SF。气体压力作用，造成灭弧室爆炸。
此外从故障波形中可以看出，在断路器断口发生外绝缘闪络时后，主变高压侧B相出现电流，最大有效值为5 260 A（主变高压侧正常额定电流为825 A），系统电压仍为正常值。但由于B相闪络后机组实际上与系统联通，故障电流随之减小；在随后的0.5 s内减小到了2 kA以下，此故障电流不具备启动零序保护的条件，所以主变零序保护没有出口。直至2 765 ms后5008开关爆炸使静触头引线掉落于CT油箱发生接地短路，母差保护动作，切除5034A和5044开关，使500 kV-4 A母线彻底与系统断电隔离，故障消除。
1.2 带并联电抗器线路断路器断口闪络故障
1.2.1 切除空载线路引发的断口闪络
2012年3月3日，某带有并联电抗器的线路发生B相永久故障，断路器重合失败后三相跳开。在最后一组断路器三相跳开过程中，由于线路电容与并联电抗器间的放电过程，使断路器断口两端电压出现幅值较高的拍频电压，电压峰值达到910 kV。该电压造成A相断路器断口电容器击穿，电容器击穿后实际形成线路A相经闪络断口击穿的状态，流过断口的电流为经电抗器补偿后的线路空充电流，约为70 A。由于电流值很小（二次值为28 mA） ，且没有对地故障，因而所有保护均未动作；此电流在断口内持续燃烧约12 S，造成内部SF。气体严重劣化或电容器阀片爆裂，使内部绝缘降低，最终发展为对地故障，母差保护切除故障。
1.2.2 对端断路器切除空载线路引发的断口闪络
2010年5月5日，某变电站在对一带并联高抗补偿的线路停电操作过程中，在本侧断路器已断开情况下，线路对侧拉开断路器时，本侧断路器发生断口内部击穿。闪络电流约190 A，持续数秒后造成断路器双断口灭弧室炸裂，由于故障电流较小，且没有对地故障，所有保护均未动作，断口闪络的电弧在空气中燃烧十几分钟后，由运行人员将母线停运，电弧燃烧过程结束。 2 断路器断口闪络故障原因与保护措施
从以上几起断路器断口闪络故障的特点看，断路器断口闪络保护多发生在发变组断路器或带有并联电抗器线路的断路器上。
对于发变组断路器，由于在机组并网过程中主变高压侧电压与系统电压存在微小频差和相角差，使加在断口两端的电压呈现很低的拍频特征，幅值在0～2倍相电压之间变化。在此期间如果断路器断口绝缘由于机械或外绝缘等原因存在缺陷环节，就有可能发生短路闪络故障。而断口闪络发生后，由于故障电流不大（机组近似出入同步状态），且为间歇性出现，同时由于没有对地故障，机端和母线电压都处于正常状态，因而各种保护均不动作。虽然发变组断路器通常配置断路器闪络保护，但该保护定值主要以保护断口闪络后负序电流不超过机组耐受水平为目的，动作定值和延时都较长，往往出现断口闪络后故障电流短时达到保护启动定值、但持续时间很短后消失，保护返回的情况。因而难以对断路器断口闪络故障提供有效迅速的保护，造成断口闪络持续较长时间后发展为对地故障。
而对于带有并联电抗器线路的断路器，当最后一组断路器跳开后由于线路电容与并联电抗器间的充放电过程，线路电压呈现拍频特征，线路断路器断口间电压为母线工频电压与线路拍频电压之差，也呈现拍频的特点。该电压的幅值与线路并联补偿度、分闸相位有关，在一些情况下断口暂态电压可能接近或略大于其额定耐受水平。因此一旦断口绝缘均在薄弱环节，就有可能发生断口闪络。而闪络故障发生后，故障电流为线路经并联电抗器补偿后的空充电流，通常为数十至数百安，远小于对地短路电流；并且由于沒有对地故障，线路和母线电压均为正常水平，因此各种保护均不动作，造成断口闪络后故障电弧长期存在，直至发生对地故障。
无论是发变组断路器还是带有并联电抗器的线路断路器，一旦发生在分闸状态下发生断口闪络，无论闪络发生在断路器外部还是灭弧室内部，该电弧均不能自行熄灭。同时由于没有有效保护，故障电弧
长时间存在，持续燃烧的电弧将使瓷套严重发热、劣化SF。气体，并最终引发断路器爆炸等严重的设备事故。
因此对存在上述情况的断路器，除加强运维管理、提高断口绝缘水平及可靠性之外，为断路器设置有效的断口闪络保护，也是避免引发断路器严重故障的有效措施。
参考文献
[1] 邵笔贵，薛彤，夏震宇，等一起发电机组断口闪络事故的原因分析[J].电力系统保护与控制，2010，38（1）：107-111.