750kVタンク型SF₆圧縮ガス遮断器の故障分析
故障现象
故障前的信息及运行方式
2016年5月16日17时53分50秒，泾川II线两套保护装置相继动作，选跳B相，断开7522和7520断路器的B相。7522断路器保护检测到双回线路保护装置上的永久性故障，延时0.6秒后，7522断路器ABC三相跳闸。
在此过程中，7522断路器B相失灵保护启动了II母线差动保护，断开了7512断路器，导致750kV II母线停电。故障前系统运行方式及机组运行情况如图1所示。#1机组有功功率为645MW，#2机组有功功率为602MW。泾川I、II线正常运行。升压站接线方式为3/2接线，升压站采用环网运行方式。
故障检查情况
现场外观检查
对7522断路器进行现场检查发现，A/B/C相机械开合指示均指向开位，即“0”位置。液压操作机构处于弹簧压缩位置。对于WB-2C断路器，A/B/
对于C相，操作箱面板现场检查显示TWJ指示灯红色亮起。A/B/C三相断路器SF₆气体压力为0.62MPa（相对压力），7522断路器无明显异常。
保护动作信息
泾川II线保护IRCS-931BM保护装置：2016年5月16日17时53分50秒404毫秒，B相电流差动保护动作。电流差动保护在767毫秒时跳开A、B、C三相，825毫秒时A、B、C三相跳位接点返回。
泾川II线保护IICS-103C保护装置：2016年5月16日17时53分50秒454毫秒，B相电流差动保护动作，在790毫秒时跳开ABC三相。
7522断路器保护屏PRS-721S保护装置：7522断路器B相跳闸。随后发生重合闸动作，经过0.6秒后执行重合闸动作，并传达三跳命令。经过0.15秒后，断路器本身失灵跳闸，经过0.25秒后相邻断路器失灵跳闸。
7520断路器保护屏PRS-721S保护装置：7520断路器B相跳闸。随后发生重合闸动作，执行三相重合闸。由于7520断路器重合闸有0.9秒的延时（与故障线路重合以减少对机组的影响），因此未执行重合闸。
7512断路器保护屏PRS-721S保护装置：7512断路器三相跳闸，三相跳位接点返回时间为1143毫秒。
II母线母差保护I屏RCS-915E保护装置：2016年5月16日17时53分51秒258毫秒，母线-线路失灵跳闸。
断路器本体试验及检查
联系宁夏电力研究院分析7522三相断路器SF₆气体成分。B相SF₆气体中的硫化物成分严重超标，该气室分解产物含量高，表明存在高能量局部放电，导致固体绝缘材料分解，如表1所示。
测量断路器B的开断回路后确认，回路已断开，表明断路器处于开路状态。宁夏电力研究院对7522断路器A、C相的开断时间和回路电阻进行了测试，测试结果符合标准。
故障后的拆解检查
对于7522断路器，排出了B相内部的SF₆气体，充入氮气，打开断路器本体门，发现内部有灰尘（电弧烧蚀分解产物）。ABB工厂技术人员到达后，拆卸了绝缘子，发现了2个断裂的电极。断裂的电极连接在外壁上，连杆和动触头显示出明显的烧蚀痕迹，动触头操作机构有明显的熔化分解产物。检查断路器的液压弹簧操作机构，发现其工作正常。
原因分析
灭弧原理
交流电弧的最佳熄灭时间是在每半个周期电流过零时。在电流过零期间，电弧经历两个恢复过程：
介质强度恢复过程：由于去离子过程的增强，电弧电极间的介质强度逐渐恢复。
电弧电压恢复过程：电源电压重新施加到触头上。电弧电压从灭弧电压上升到电源电压。如果介质强度恢复过程快于电弧电压恢复过程，且电弧电压恢复过程的幅度较大，则电弧电压恢复过程将快于介质强度恢复过程，导致电极间介质击穿，电弧重燃。如果电弧电压恢复过程在介质强度恢复过程开始之前就开始，电弧也会重燃。
结论
结合CSL103保护装置的故障录波波形，7522断路器B相重合后，保护在767毫秒发出三相跳闸命令，7522断路器三相在825毫秒完全断开，动作时间为58毫秒。在B相断路器灭弧过程中，电流波形未过零，电弧继续在断路器内部提供短路电流。
根据SF₆气体的灭弧性能分析：在电弧作用下，SF₆气体吸收电能生成低氟化合物。但当电弧电流过零时，低氟化合物可以迅速重新组合成SF₆气体，电弧间隙的介质强度恢复较快。由于电弧电流未过零，SF₆气体的灭弧性能下降。此时，只有激活断路器失灵保护才能切断故障电流。从7522断路器三相跳位接点返回到7512断路器三相跳位接点返回的时间总计为317毫秒，表明7522断路器B相的高能电弧燃烧了317毫秒。7512断路器断开后，电弧熄灭。
综上所述，此次事件中线路保护和断路器失灵保护均正常动作，断路器正常跳闸。一次设备和二次设备的动作均正确。对于7522断路器B相，从气体成分分析来看，灭弧室内存在高强度能量，足以增加气体压力。但由于7522 B相电流未过零，电弧未能熄灭。但下部压缩腔的阀门已经打开，多余气体从下部排出，可能带出电弧并烧毁动触头的绝缘拉杆和分流电容器。
闭合电阻烧毁及外侧均匀屏蔽罩击穿的原因分析
断路器的操作是引起大多数开关过电压的原因。安装闭合电阻可以有效限制线路闭合和单相重合时的过电压。我公司使用的ABB公司生产的550/800PMSF₆气体爆破断路器，其闭合电阻由堆叠的碳化硅电阻板组成。根据制造商说明书，闭合电阻的热容量如下：在1.3倍额定相电压下闭合4次，前两次间隔3分钟，后两次间隔3分钟；前后两组测试之间的间隔不超过30分钟。
该断路器具有串联式断口结构，由3个主断口、1个辅助断口和一个组合闭合电阻组成，如图2所示。串联式断口的主要特点是，在断路器闭合操作中，辅助断口在主断口之后闭合，在断路器断开操作中，辅助断口也在主断口之后断开。
即辅助断口的动作顺序是后闭合后断开。其工作原理如下：闭合时，主断口先闭合，形成通过电阻的导电回路，闭合电阻接入。大约8-11毫秒后（根据制造商说明书），通过辅助断口的闭合触点形成导电回路，短路闭合电阻；断开时，主断口先断开，断开主导电回路，然后辅助断口断开。
因此，辅助断口在断开时承受额定电流和短路电流。B相机械断开后，闭合电阻接入电路。由于B相断口之间的电弧通过闭合电阻持续了317毫秒，电弧电流约为1620安培，计算表明闭合电阻承受的热容量超过了其额定容量。这导致闭合电阻与辅助断口之间的连接环过热，最终熔断，放电至外壁均压环，导致均压环击穿，电阻变黑。
断路器失灵保护动作的原因分析
在断路器失灵保护中，当电流元件启动并满足失灵保护条件时，只要收到保护跳闸输入且相应相电流大于0.05 In，失灵保护就会启动。
从7522的报告可以看出，从7522断路器保护屏PRS-721S保护装置在775毫秒收到泾川II线保护IRCS-931BM保护装置的三相跳闸信号输入，到925毫秒因失灵跳本地断路器，再到1025毫秒因失灵跳相邻断路器，分别延时0.15秒和0.25秒跳本地和相邻断路器，符合失灵保护的动作逻辑，保护动作正确，如图3所示。在录波图中可以看到，虽然7522 B相跳位接点在825毫秒已返回，但动静触头之间仍有电流（电弧）流过。
结论
由于故障电流严重畸变，波形向时间轴下方偏移。波形在断路器有效灭弧时间内未过零是电弧不熄灭的主要原因。断路器断开后间隙绝缘未能恢复以及SF₆气体灭弧性能下降是电弧不熄灭的次要原因。
电弧不熄灭以及灭弧室内剩余气体排出带出电弧是导致绝缘拉杆和电容器外壁变黑的主要原因。
B相机械断开后，闭合电阻接入电路。由于B相断口之间的电弧通过闭合电阻持续了317毫秒，导致闭合电阻与辅助断口之间的连接环热容量过大，最终熔断，放电至外壁均压环，导致均压环击穿，电阻变黑。
B相存在电弧电流且符合断路器失灵保护动作逻辑是母线跳闸的主要原因。
