录波图显示的故障过程比较清楚,在发生三相短路后约Homs,该断路器正确动作并切除故障电流,经换算短路电流约为3400A。此后又经过约100ms,再次发生AB两相短路。由于该断路器仍处在分闸状态,并且可能重合闸没有启动(约10s前该线路遭受雷击,322断路器跳闸并重合成功,当该断路器再次跳闸后,不满足重合闸充电时间15~20s),电源是通过分闸状态的322断路器灭弧室内部向故障点提供短路电流,因断路器没有灭弧能力短路电流只能长时间持续。从示波图看,两相短路持续1920ms后,发展为三相短路,而且短路电流增大到6800A,说明在短路电流变大的瞬间,该断路器发生了爆炸,线路两相短路转变为变电所35kV副母线三相短路故障。此后,三相短路电流又持续约1100ms由于2#主变35kV限时电压电流速断保护动作最终由302断路器切除了故障电流。
4  事故原因分析及反事故措施建议
   在雷雨季节类似事故发生过多次,事故经过和后果也不尽相同。有些事例纪录有故障录波图,分析其故障经过和事故原因比较清楚,但也有些案例,因为没有故障录波图而难以分析清楚。架空线路雷害事故不可避免,正常情况下重合闸动作正确,一般不酿成事故,只是雷击跳闸率增加。但由于保护设施不完善,雷害活动强烈,可能发展到断路器爆炸,造成长时间停电。并且,检修恢复要耗费大量人力物力。通过对该事故的认真分析无论是对一次设备还是二次保护装置,应采取相应改进措施。
(1)分闸状态的断路器,在再次雷击时发生断口间击穿,大多是由于线路侧没有安装避雷器造成的。可以设想,在重合闸无电流休止时间内,线路上又再次遭到雷击,雷电波沿线路侵入到开路的断路器线路侧,由于行波反射,迭加电源电压,使断路器断口间受到异常过电压,击穿断口间绝缘,于是电源就能向故障点提供短路电流。可见,在雷雨季节,仅仅规定线路断路器不允许热备用运行是不够的。考虑到在重合闸元电流休止时间内架空线路继发雷击的情况多次发生,在多雷地区即使是35kV电压等级,在线路侧也应该装设避雷器予以保护。
(2)事故断路器在爆炸前,值班员反映约10s钟该断路器正确动作,切断一次短路电流,并且重合闸动作成功。而这次事故开始时首先发生的三相短路电流也由该断路器成功切除说明断路器能成功开断短路电流,开断电流数值约3400A。从录波图看,这次三相短路持续时间包括速断保护和断路器的开断时间相加才110ms。但仅仅过了约100ms,继发A、B相相间短路,该断路器的第二次重合闸也没有起动,分闸状态的断路器没有灭弧能力。
   继发两相短路后3400A左右的短路电流持续时间长达1920ms,断路器才发生爆炸。转变为母线三相短路后,又经过1100ms,主变总开关才动作切除故障。主变复合电压方向过流保护整定时间长达2.7s甚至3s,值得商榷,后备保护动作时间这么长,导致事故进一步扩大。因此,主变后备保护应该改进,在线路断路器不能切除故障时,应尽快动作以便及早隔离故障。另外也可考虑设置一段针对母线短路的短延时快速保护,用于快速切除母线故障。
   继电保护的设置和正确动作是非常重要的,如浙江潘桥变的天桥4478线雷击故障波形图显示,第二次短路电流持续时间仅为120ms左右,加上第一次短路电流时间50ms和两次雷击间的无电流间隙时间16ms,全部故障时间不到200ms,因此大大减轻了故障造成的危害。
(3)关于SF6断路器灭弧室的绝缘结构,内绝缘水平的设计应比外绝缘水平更高。这样,如果过电压超过断口间的绝缘强度,就可能导致外绝缘闪络,从而避免断路器的爆炸这就大大有利于故障后的恢复处理工作。例如多次雷击事故报导,西门子公司生产的3AQ、3AP型断路器在多重雷击事故中,都是外绝缘击穿造成断口间故障,从而避免了断路器的爆炸事故。
5 结束语
   在雷电活动比较频繁的地区,考虑到很可能发生多重雷击,变电所在线路侧设计应安装避雷器;为避免分闸状态SF6断路器灭弧室的内绝缘击穿,其内绝缘结构应设计得比外绝缘更高;同时,应改进变电所主变的后备保护,尽可能缩短故障电流的持续时间,例如可以考虑设置一段针对母线短路的短延时快速保护,用于快速切除母线故障,以尽可能避免线路断路器的爆炸。
参考文献
[1]徐毅林等。两次典型的雷害事故分析,江苏电机工程2004(2)
[2]何宁,席世友。小渔沱变电站SF6断路器爆炸原因分析,高压开关2004(2)
[3]杨广才等。多重雷击造成断路器损坏事故,高压开关2004(4)
[4]李汝彪。高压断路器雷击损坏故障分析,高压开关2006(4)