斷路器作為電力系統的重要組成設備主要起兩個作用：①改變系統運行方式；②在系統故障時通過與繼電保護裝置配合快速切除故障，避免事故擴大。斷路器的穩定可靠關系著電力系統的安全穩定。直流輸電工程需要消耗大量的無功功率，交流濾波器（AC filter, ACF）作為直流輸電工程中最常用的無功補償裝置，其進線斷路器是否可靠，將直接影響直流系統的可靠性。小組濾波器進線斷路器故障會導致大組濾波器不可用，嚴重時將導致直流系統功率回降甚至閉鎖。

1 故障基本情況

某特高壓換流站5組小組濾波器通過雙斷口罐式斷路器接于大組交流濾波器母線。大組濾波器母線通過3/2接線方式接于交流串內，交流串內斷路器采用氣體絕緣金屬封閉開關設備（gas insulated switchgear, GIS）。故障前某特高壓整流站直流場雙極3 960MW大地回線平衡運行。

500kV 1號母線、2號母線運行，交流進線均運行正常，交流濾波器場5615交流濾波器運行。2019年6月19日13:21:06，運維人員工作站（operator work station, OWS）報第1大組濾波器保護第5小組BP11/13差流速斷保護A相跳閘動作，第5小組BP11/13過電流保護A相跳閘動作，大組母線差動保護A相跳閘動作。5615小組濾波器進線斷路器5615跳開并鎖定，61母線進線斷路器5142、5143跳開。現場檢查確認53小室第1大組濾波器保護裝置A、B套保護裝置均動作。一次接線如圖1所示。

圖1 一次接線

?2 保護動作分析

濾波器保護采用雙重化配置，保護采用“啟動”+“動作”出口邏輯，當單套濾波器保護的“啟動”+“動作”均同時滿足條件時，保護動作出口。圖2為濾波器CT分布，大組母線差動保護范圍在5615斷路器T2至進線5142、5143 CT之間，小組差動保護及過電流保護范圍在5615斷路器T1至小組濾波器末端T22之間。濾波器保護范圍如圖2所示。

濾波器小組差動保護反應濾波器小組內接地/相間故障，保護分相檢測流入保護區域內的電流的矢量和，與設定值比較。該保護只對基波電流敏感。由于CT特性不一致，保護采用比率制動式差動保護，制動電流以接地側電流為參考。通過查看故障錄波可知差動電流，瞬時值58 265A，有效值41 205.79A＞差流速斷電流964.08A，小組差動保護動作正確。

圖2 濾波器保護范圍

濾波器母線差動保護的保護對象為濾波器大組及母線區域內的母線。保護分相檢測流入保護區域內的電流的矢量和，與設定值比較。該保護使用差動電流IDIFF和制動電流ISTAB。當IDIFF＞ISTAB時，保護出口。該保護只對基波電流敏感，對于穿越電流是穩定的。通過現場故障錄波發現實際差動電流為41 205.7A，實際差動電流大于差動定值，保護正確動作。

檢查61母線交流濾波器外置錄波圖3可以看出，故障開始階段，高壓電容器對地放電，維持故障點對地電位保持不變，通過5615高壓側斷路器電流變大；電容器初步放電完成，交流濾波器母線電壓跌落，故障電流維持在一個相對穩定的數值；故障切除階段，5143斷路器經電流過零點斷開并熄弧成功，5142斷路器經電流過零點后熄弧未成功，故障點未發生改變，短路電流由原來的邊、中斷路器各貢獻一部分轉換為由5142斷路器所連接的Ⅰ母單獨提供。

?3 現場設備檢查

3.1 罐式斷路器5615檢查

對現場5615斷路器、5142斷路器、5143斷路器及61分支母線設備進行檢查，設備外觀未發現明顯異常。對5615A相斷路器開展分解物檢測，發現存在異常分解產物，其他氣室分解物檢測正常，檢測結果見表1。

6月22日，對5615 A相斷路器進行開蓋檢查，并用內窺鏡檢查罐體內套管根部、導線連接、殼體、合閘電阻及分級電容等位置，未發現異常放電痕跡。檢查T1側斷路器罐體內部發現表面附著有白色粉塵，T2側斷路器罐體內部表面附著白色粉塵并有大量吸附劑顆粒、燒斷的塑料扎帶和塑料薄膜殘留物，如圖4所示。設備安裝的帶吸附劑的擋板外觀正常，吸附劑無破裂脫落情況。

圖3 61母線交流濾波器外置錄波

表1 5615斷路器三相分解物

圖4 T2側斷路器罐體內部斷裂塑料扎帶

6月23日，對5615A相斷路器進行拆除工作，發現T2側斷路器套管根部屏蔽罩受放電瞬間應力作用而嚴重變形損壞，套管內壁有一處破損痕跡，屏蔽罩腔體內有疑似吸附劑顆粒和外包裝等異物，并在T2側斷路器套管內壁發現放電點，如圖5所示。

圖5 T2側套管內壁放電點、破損點

3.2 GIS 5142斷路器檢查

對故障區域設備5142 A相斷路器進行分解物檢測，發現含有SO2、H2S及HF等異常分解物，并且分解物含量呈現下降趨勢，22日檢測結果顯示A相氣室內只含有少量SO2產物。其他兩相氣室SF6分解物檢測正常，檢測結果見表2。查看5142斷路器歷次修試試驗數據未發現異常。經分析后設備廠家認為5142 A相斷路器屬于正常開斷現象，不建議對其進行開蓋處理，該斷路器可繼續正常運行。

表2 5142斷路器三相分解物

3.3 罐式斷路器5615解體檢查

7月10日，對5615斷路器進行廠內解體，發現T1側導電桿根部上方1.2～1.9m區域外表面有明顯燒蝕痕跡，因而可以確定此次放電區域位于屏蔽罩上部與T1側導電桿相應的外表面，如圖6所示。

圖6 T1側導電桿

T1側套管內部發現大量散落的干燥劑顆粒和燒蝕殘留的干燥劑包裝袋，套管內與屏蔽罩上端對應的區域大面積環氧樹脂層燒蝕發黑；套管根部屏蔽罩發生變形并且屏蔽罩頭部高溫燒蝕開裂；套管頂部屏蔽罩因高溫氣流造成屏蔽罩連接處變形。

檢查兩側滅弧單元加熱筒與表帶的接觸面完好，表帶接觸面及絕緣黃筒內表面完好，斷口弧觸指表面均正常，主導電回路主觸頭上端有部分燒蝕，銅基體可見。兩側主導電回路接觸片上端有部分燒蝕，銅基體可見。

?4 原因分析

綜上分析，確定5615 A相斷路器內部存在故障拉弧導致跳閘。5142 A相斷路器氣室氣體成分異常是在故障分閘時刻通過大電流，導致SF6氣體分解，為斷路器正常開斷產生。

此次故障的根本原因是故障斷路器T1側套管運輸用的干燥劑、扎帶及氣泡膜由于長途運輸從套管根部滑入套管內部，導致現場安裝階段未發現，未能及時取出而留在套管內部，與當時斷路器的安裝記錄中相應的“A套管未見干燥劑需廠內核查”記錄信息吻合。

在重力、斷路器操作振動及氣流的沖擊下，干燥劑、扎帶及氣泡膜逐步滑到屏蔽罩與導電桿之間電場強度高的區域，與套管內壁（金屬部分）絕緣距離不足產生放電引起T1側導電桿對屏蔽罩及相應的套管內壁的放電，造成導電桿、屏蔽罩及套管內相應部位的燒蝕，進而發展成短路絕緣故障，最終導致斷路器跳閘。

?5 結論

針對故障采取處理措施如下：

1）對5615 A相斷路器一次本體進行更換，對5142 A相斷路器進行試驗，所有試驗合格后方可以投入運行。

2）5615 A相斷路器發生內部故障，造成5142斷路器跳閘，5142 A相斷路器分解物產生的原因為正常切斷短路電流（約41kA）產生，該臺斷路器的滅弧能力在年度檢修期間已完成試驗，結果正常，可以投入運行。

3）對同類設備現場安裝記錄進行全面排查。

4）加強設備安裝階段的現場旁站監督，嚴格安裝階段的作業管控，加強作業現場驗收、試驗等環節的全過程管控監督。

5）對站內罐式斷路器安裝記錄進行全面排查，避免同類故障再次發生。

本文編自2021年第8期《電氣技術》，論文標題為“一起特高壓換流站500kV斷路器擊穿故障分析與處理”，作者為趙強、曹力雄。