一起110kV主變變低避雷器故障分析及對策

楊翔翼

摘 要：一起因主變變低避雷器A相頂部金具與外套之間的縫隙封堵不嚴(yán)或封堵老化開裂，導(dǎo)致水汽進(jìn)到避雷器內(nèi)部，在瞬時(shí)過電壓的情況下，避雷器內(nèi)部擊穿故障導(dǎo)致主變比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘。

關(guān)鍵詞：避雷器；絕緣；故障分析；對策

引言

2013年4月21日23點(diǎn)24分38秒，110kV花卉站#1主變比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，跳開變高1101，變低501開關(guān)，10kV備自投裝置動(dòng)作，合上10kV分段521開關(guān)?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)#1主變變低10kV母線橋A相避雷器瓷瓶頂端及放電計(jì)數(shù)器外殼有放電痕跡及擊穿現(xiàn)象，A相瓷瓶有明顯裂紋。A相避雷器閥片被電流擊穿、開裂，并有明顯工頻電流擊穿和流通痕跡。

文章以瓷套式氧化鋅避雷器為例，論述避雷器在日常巡視中的注意事項(xiàng)，如何發(fā)現(xiàn)早期存在的缺陷，避免設(shè)備造成嚴(yán)重的損壞。

1 避雷器結(jié)構(gòu)

110kV變低母線橋避雷器參數(shù)：

型號：YH5WZ-17/45；額定電壓：17kV；持續(xù)運(yùn)行電壓：13.6kV。

1.1 避雷器整體結(jié)構(gòu)

瓷套式氧化鋅避雷器主要由瓷質(zhì)外套、連接端金具、壓緊彈簧、氧化鋅電阻閥片組成（圖1）。

圖1

1.2 避雷器頂部結(jié)構(gòu)（圖2）

圖2

1.3 填充物

在電阻片與外套之間填充了特制的石英砂，作用是消除空氣間隙，提高內(nèi)部耐壓，防止內(nèi)部閃絡(luò)。

2 避雷器工作原理

避雷器的主要結(jié)構(gòu)是由金屬氧化物非線性電阻片，它主要成分是Zn0。Zn0是目前為止發(fā)現(xiàn)的最好的非線性電阻特性材料，使在正常工作電壓時(shí)流過避雷器的電流極?。ㄎ不蚝涟布墸?，當(dāng)過電壓作用時(shí)，電阻急劇下降，泄放過電壓的能量，達(dá)到保護(hù)的效果。這種避雷器和傳統(tǒng)的避雷器的差異是它沒有放電間隙，利用Zn0的非線性特性起到泄流和開斷的作用。它具有泄漏電流小、動(dòng)作速度快和吸收能量大的優(yōu)點(diǎn)。它的動(dòng)作特性曲線如圖3。

3 避雷器常見的故障

（1）避雷器常在室外環(huán)境下運(yùn)行，經(jīng)歷著風(fēng)吹日曬，外部瓷套受到污穢及潮氣影響，導(dǎo)致避雷器表面的電位分布不均勻，從而在其內(nèi)部閥片與外部瓷套之間形成電位差，導(dǎo)致二者之間出現(xiàn)電流，電位差的增大也會導(dǎo)致相對電流的增加，使得閥片被高溫?zé)郏瑢?dǎo)致避雷器的損壞。（2）避雷器內(nèi)部元器件受潮。內(nèi)部受潮就是在密封件老化（占避雷器故障80%以上）、熱脹冷縮等作用下，瓷套上的空隙擴(kuò)大收縮，潮氣進(jìn)入內(nèi)部以后就出現(xiàn)比外壁受潮更嚴(yán)重的徑向電流，使避雷器損壞的幾率大大增加。（3）氧化鋅閥片老化引起一系列故障。在一些電網(wǎng)中有一些冶金等產(chǎn)生大量諧波的企業(yè)，這樣會加速氧化鋅閥片老化，同時(shí)電網(wǎng)的其他原因和制造商在制造產(chǎn)品的時(shí)候品控不嚴(yán)格也會使閥片老化現(xiàn)象更加嚴(yán)重。氧化鋅閥片老化會加速避雷器的性能退化，防止過電壓性能大大降低，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行。（4）外部沖擊。雷擊電流過大。目前根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，避雷器能承受45kA雷電流沖擊即為合格，大型避雷器生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品一般能承受65kA的雷電流沖擊。但根據(jù)雷電數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，大自然有10%的雷擊電流超過100kA。若被這些大電流的雷電擊中，避雷器就會被擊穿。（5）內(nèi)部過電壓超載。由于操作、調(diào)壓不及時(shí)、接地故障等原因造成系統(tǒng)長時(shí)間過電壓，避雷器會被擊穿，具體數(shù)據(jù)見表1。（6）避雷器爆炸。主要是避雷器在受到一系列影響情況下導(dǎo)致的避雷器的爆炸現(xiàn)象。

表1

4 110kV花卉站#1主變變低避雷器解體情況

以上現(xiàn)象都驗(yàn)證了對三相避雷器的檢測結(jié)果（表2）。

表2

5 故障原因分析

如果Zn0避雷器內(nèi)部受潮，電阻片通過阻性電流引起發(fā)熱，使電阻片溫度升高，將潮氣趕出，形成微量水分，從而加大了ZnO避雷器內(nèi)腔的相對濕度。當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)，密封在ZnO避雷器內(nèi)地水分會遇冷凝結(jié)吸附在電阻片和瓷套內(nèi)壁表面，造成電阻片泄漏電流增大，當(dāng)潮氣增多時(shí)，通過ZnO避雷器內(nèi)的閥片電流迅速增大，導(dǎo)致部分ZnO避雷器內(nèi)腔壁和閥片外側(cè)面產(chǎn)生樹狀放電，另一部分通過受潮閥片內(nèi)部放電，而該部分閥片的電壓較高，導(dǎo)致發(fā)熱破裂，產(chǎn)生的巨大能量能引起金屬ZnO避雷器爆炸。

在和班組人員解剖此避雷器時(shí)，發(fā)現(xiàn)A相避雷器內(nèi)部電阻片被擊穿，瓷瓶有裂痕，電阻片燒毀，頂部金具和底部計(jì)數(shù)器有放電痕跡。說明水分已經(jīng)從ZnO避雷器絕緣外套內(nèi)壁到達(dá)接地端。再把ZnO避雷器的外套解開，發(fā)現(xiàn)絕緣外套與避雷器閥片密封不嚴(yán)，水分很容易從頂部到達(dá)底部，也是避雷器絕緣電阻降低的主要原因。

受潮原因分析。避雷器由于頂部金屬蓋密封老化，與外套之間的縫隙封堵不嚴(yán)或封堵老化開裂，導(dǎo)致水汽進(jìn)到避雷器內(nèi)部，造成內(nèi)部絕緣降低放電。

6 防止避雷器故障的對策

（1）認(rèn)真做好設(shè)備選型。在變電站設(shè)計(jì)階段就要綜合考慮電網(wǎng)環(huán)境、當(dāng)?shù)丨h(huán)境情況，認(rèn)真做好設(shè)備的選型。同時(shí)在設(shè)備選型的時(shí)候要對廠家進(jìn)行嚴(yán)格篩選，并加強(qiáng)設(shè)備出廠前及安裝前的檢測，防止有缺陷的產(chǎn)品進(jìn)站。（2）檢查避雷器各密封處是否良好，如瓷套與法蘭的結(jié)合處是否嚴(yán)密，發(fā)現(xiàn)有裂痕或破裂，應(yīng)進(jìn)行更換，已放置密封不良使避雷器內(nèi)部受潮而在運(yùn)行中發(fā)生故障。（3）檢查避雷器外觀是否完好無損，有無銹蝕，基座是否牢固，瓷套等外絕緣有無裂紋或損傷，有無閃絡(luò)放電痕跡。若有嚴(yán)重裂紋損傷或閃絡(luò)放電痕跡，則應(yīng)拆下更新，最好是三組一起更換，避免沒更換的避雷器因使用壽命關(guān)系比新更換的避雷器提前損壞。（4）加強(qiáng)避雷器運(yùn)行管理，建立避雷器檔案。檢查動(dòng)作計(jì)數(shù)器的動(dòng)作情況，記錄它的動(dòng)作次數(shù)。除此外，還要注意檢查動(dòng)作記錄器有無損壞，連接線是否牢固，動(dòng)作計(jì)數(shù)器內(nèi)部有無積水。（5）檢查避雷器內(nèi)部有無異常聲音。在工頻電壓下避雷器內(nèi)部是沒有聲音的。若運(yùn)行中避雷器內(nèi)部有異常聲音，如

的放電聲等，應(yīng)視為內(nèi)部故障的先兆。因此一旦發(fā)生此現(xiàn)象，應(yīng)立即將避雷器退出運(yùn)行，進(jìn)行檢查和電氣試驗(yàn)，以防發(fā)生嚴(yán)重故障。除了檢查異常聲音外，還要注意檢查避雷器有無異常震動(dòng)和異味。（6）檢查與避雷器連接的導(dǎo)線以及接地引線接頭是否牢固，接觸是否良好，有無松動(dòng)、斷線等現(xiàn)象，接頭有無燒傷、發(fā)紅等現(xiàn)象。若發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重過熱現(xiàn)象，已危及安全運(yùn)行時(shí)，須將避雷器停運(yùn)檢修。（7）防污穢工作。設(shè)備在日常運(yùn)行中必然會遇到灰塵、鳥糞等的污穢，在維護(hù)工作中就要做到嚴(yán)謹(jǐn)仔細(xì)，在停電時(shí)及時(shí)清理，做好防污穢措施。

7 用紅外測溫設(shè)備發(fā)現(xiàn)早期缺陷

對于運(yùn)行中的避雷器，利用紅外測溫儀測出的避雷器表面各部分的溫度進(jìn)行相間、上下元件間和同類設(shè)備間的相互比較，建立測溫圖片及數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)庫，根據(jù)熱像特征發(fā)現(xiàn)有不正常的發(fā)熱或不正常的溫度分布，可判斷為避雷器有缺陷，應(yīng)引起注意，進(jìn)行跟蹤監(jiān)測或停電進(jìn)行其它試驗(yàn)，以免故障進(jìn)一步惡化而引起事故的發(fā)生。

案例一：110kV長山坳站#1主變變低避雷器在紅外測溫時(shí)發(fā)現(xiàn)A相和B相均有發(fā)熱現(xiàn)象，且與正常相相比溫差相差20多攝氏度，立即將缺陷情況反饋至檢修部.檢修部在負(fù)荷較輕時(shí)申請將#1主變轉(zhuǎn)檢修，檢查發(fā)現(xiàn)避雷器B相上端將軍帽有松脫的現(xiàn)象，繼續(xù)運(yùn)行有可能造成避雷器因發(fā)熱而爆炸。

測溫圖示如下（圖8）。

通過檢修班更換新的避雷器后，設(shè)備運(yùn)行正常。

案例二：110kV民治站通過紅外測溫，發(fā)現(xiàn)#2主變變低母線橋避雷器A相發(fā)熱溫度52.3℃，正常相溫度為36℃；B相除了發(fā)熱外，還有污閃閃絡(luò)的情況。發(fā)現(xiàn)缺陷后已將缺陷上報(bào)至檢修部，檢修部建議繼續(xù)運(yùn)行，進(jìn)一步觀察缺陷發(fā)展情況。

測溫圖示如下（圖9）。

圖9

案例三：110kV牛湖站通過紅外測溫，發(fā)現(xiàn)#2主變變低母線橋避雷器A、B相發(fā)熱46.9℃和46.8℃，正常相溫度為29.4℃. 發(fā)現(xiàn)缺陷后已將缺陷上報(bào)至檢修部，檢修部建議繼續(xù)運(yùn)行，進(jìn)一步觀察缺陷發(fā)展情況。

測溫圖示如下（圖10）。

圖10

8 避雷器的改進(jìn)對策

避雷器在生產(chǎn)工藝上，可采用現(xiàn)有的工藝改善避雷器的防水性能，提出以下建議供生產(chǎn)商參考。

（1）改進(jìn)避雷器頂部金具設(shè)計(jì)，形成一個(gè)平面或者是凸起面，減少頂部積水的幾率。（2）改進(jìn)密封時(shí)使用的密封材料，延長使用壽命，減少密封膠老化造成設(shè)備受潮的幾率。（3）將閥片和絕緣套進(jìn)行一體化封裝制作，徹底的避免受潮的可能。

9 結(jié)束語

通過一起避雷器爆炸的案例足以引起我們對變低避雷器運(yùn)行情況的重視。日常巡視的過程中采用正常巡視和紅外測溫相結(jié)合的方法可有效檢查出避雷器的運(yùn)行狀況。實(shí)際的生產(chǎn)案例說明在發(fā)現(xiàn)避雷器有發(fā)熱情況后，要持續(xù)跟蹤缺陷的發(fā)展情況，及時(shí)處理缺陷，避免避雷器故障惡化。在運(yùn)行一段時(shí)間后避雷器內(nèi)部容易受潮是缺陷出現(xiàn)的根本原因，在和廠家溝通的時(shí)候，建議改善避雷器的防水性能。