摘要：随着经济和科技的快速发展，输电线路的安全对电力系统的稳定运行至关重要，断路器作为保证投入运行的一次高压开关设备，可以安全切断线路中的故障过电压和过电流，保护输电线路和变电站中的设备，但线路遭受雷击时，雷电过电压直接作用到热备用的断路器上，一旦雷电过电压超过断路器断开冲击雷电耐受电压值时，就会造成断路器爆炸。研究输电线路断路器爆炸事故对输电线路安全运行有着重大的意义。通过电力系统计算机辅助设计软件建立断路器模型来进行暂态分析，对雷击造成断路器爆炸过程有一个较全面的认识，并在此基础上改进防雷措施，确保输电线路的稳定安全运行。
关键词：雷击；断路器；外绝缘；联合电压试验
引言
近年来电网中高压断路器遭雷击引起的故障时有发生且成上升趋势。笔者分析了雷击引起的高压断路器故障：故障与断路器本身有一定的关系，但还受到变电站绝缘配合技术原则的影响。探讨了断路器的性能、现行有关标准和规程的适用性，得出解决故障可采取的措施：在断路器的进（出）线侧安装避雷器，如变电站内无安装位置的话，可在线路终端塔上安装带间隙的线路避雷器。
1原因分析
从以上故障检测过程和雷击监测情况初步分析得出：ａ）雷电波入侵是导致故障的直接原因。线路落雷后，雷电波经线路传入变电站，产生过电压，直接导致了故障发生。２２０ ｋＶ某变电站甲线４７３０断路器间隔和乙线４７３１断路器间隔均未安装线路侧避雷器，在线路落雷后，雷电流直接传导进入变电站，在断路器端口位置形成电压全反射。当时大雨，瓷瓶外绝缘在雷电过电压的冲击下，引起闪络。ｂ）雨滴是导致故障发生的间接原因。雷电波入侵后，导致断路器动静触头间和上下接线板间的电压差增大。雨滴使断路器上、下接线板之间的绝缘性能下降，在高电压的作用下，形成放电。从瓷瓶Ｖ相表面存在零星烧伤痕迹可以证明雨滴是导致放电的间接原因。故障报告显示Ｎ６０杆塔合成绝缘子Ｕ相均压环遭受雷击现象，但Ｎ６０杆塔距离２２０ ｋＶ变电站终端塔Ｎ６７有７．７ ｋｍ，所以需要经过进一步仿真验证变电站雷电侵入波情况。
2故障分析
断路器设备处于热备用状态（即处于分断位置）时，若线路发生多重雷击故障，雷电波沿线路传播至断路器，则断路器断口处除承受工频运行电压外，还承受雷电侵入波及其反射波叠加作用。根据行波理论，雷电波在开路的断路器断口处发生行波全反射，断路器断口处承受的过电压幅值增大，极端情况下断路器断口处可能遭遇与侵入波反极性的工频电压峰值叠加作用。由于断路器内绝缘水平高于外绝缘水平，因此断路器断口外绝缘不能承受工频电压与雷电波电压的叠加作用而先发生闪络，在灭弧室外表面上下法兰间形成放电。若短路故障电流持续发生，灭弧室上下法兰将严重烧毁，并且瓷套温度骤变的热力效应很可能使灭弧室瓷套发生爆炸，损坏其它临近带电设备，造成更为严重的后果。因此，在高压断路器设备现场交接或产品抽检试验时，雷电冲击电压与工频电压的联合电压绝缘考核试验是十分必要的。
3计算条件及其结果分析
在防雷计算中，一般根据雷击点到变电站距离的不同，以２ ｋｍ为分界点，分为近区和远区。２ ｋｍ以外的雷击，由于雷电波长距离传送中的衰减和波头变缓，在站内设备上形成的侵入波过电压较低，以它为考察的主要对象是不合适的。这可能是沿袭中、高压系统作法，认为进线段有避雷线或加强绝缘，不会因反击或绕击而进波。实际上，进线段和非进线段并无本质差异，都有可能因遭受雷击而形成入侵波。
按最不利的情况对进线端首段落雷情况进行计算，由于受线路绝缘放电电压的限制，入侵雷电波的最大幅值为线路绝缘的５０％冲击闪络电压Ｕ５０％，根据规程可知，２２０ ｋＶ线路绝缘子串５０％最大放电电压为１ ４００ ｋＶ。雷击到杆塔Ｎ６０，计算所得站内断路器上最大过电压值为３３６．４５ ｋＶ。计算结果显示避雷器对雷电侵入波有很好的抑制作用，为此，通过相关仿真进一步来验证计算结果。
4事故处理与防止雷击可采取的措施
发生雷击事故后对断路器进行相应检查时应注意以下几个问题：根据保护动作和故障录波判断故障相的情况（如灭弧室已炸裂则无需再作确定），同时检查断路器的外观；对断路器做一些必要的试验，如机构能否动作、回路电阻测量、SF6气体分析等，这里强调对非故障相也要做相应的检查，曾发现有通过三相连通气管将故障相的气体污染到完好相的情况；最后是对故障相解体检查，查找故障点，有条件的话，解体工作可在制造厂车间里进行。一般情况下，外闪如没有伤及伞裙或端部法兰被电弧烧灼不严重，瓷套可以再利用，而内闪后瓷套内壁将会有损伤，不主张再利用。但定开距的灭弧室情况却相反，电弧仅在绝缘筒内燃烧，瓷套的内壁几乎没有影响，瓷套有可能再利用。如前所述，防止雷击最有效的措施是改变目前的绝缘配合状况，加装断路器进（出）线侧避雷器。站内有条件时，避雷器可就近在母线构架下安放；对老旧变电站如无多余的空地，可考虑采用带间隙的线路避雷器，安装在线路的终端塔上。带间隙的优点是避雷器在正常运行中没有荷载，相应的使用寿命可得到延长。此外从断路器选型上考虑，应采用那些外绝缘尺寸和绝缘水平裕度大的产品。
结语
发现断路器存在外按现行的绝缘配合要求，线路连续落雷后作用在断路器断口上的过电压可能会超过其耐受水平，断路器将无法承受这种故障工况。在断路器的进（出）线侧安装避雷器可有效地防止故障出现，如变电站内无安装位置的话，可在线路终端塔上安装带间隙的线路避雷器。国产断路器与合资或进口产品相比，无论是结构尺寸还是绝缘距离均以国内产品为优，建议今后对多雷区使用的设备，在采购选型中应充分考虑这些因素。绝缘性能不满足高海拔绝缘强度要求的情况，线路发生多重雷击时，断路器断口不能承受雷电冲击电压与工频电压的共同作用，引起外绝缘闪络，致使故障发生。因此，提出应对断路器开展雷电冲击电压与工频电压的联合电压现场交接或产品抽检试验。ａ）变电站处于热备用状态的断路器在没有线路避雷器保护下，雷电侵入波会在断路器断口处产生全反射，形成危险的过电压，对断路器的绝缘造成损害。ｂ）在多雷地区的变电站，宜在每回进线断路器出线端安装避雷器，可以显著地提高变电站抑制雷电侵入波的能力，保证了变电站里的设备安全。ｃ）根据当地雷电定位系统统计数据，考虑到有些线路区域可能会遭受连续的雷击，更容易造成断路器断口电压升高致使断路器爆炸和附近杆塔闪络，对变电站里的设备造成损害，酿成巨大事故。所以为了防止此类事故发生，需要在地闪密度过高地区的线路和变电站安装避雷器提高输电线路的耐雷水平。
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