風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)35 kV避雷器故障分析

李卓賢，黃 坤

（寧波天安設(shè)備安裝工程有限公司，浙江 寧波 315700）

1 事故（故障）現(xiàn)象

某風(fēng)力發(fā)電廠自2015年9月29日到12月24日，共5臺(tái)箱變發(fā)生避雷器爆破事件，分別為39#、34#、50#、23#和31#箱變，其中23#風(fēng)機(jī)箱變損壞最為嚴(yán)重。如圖1所示，避雷器爆破導(dǎo)致高壓室門變形，高壓套管受損漏油，屏蔽電纜三指套上部10 cm處絕緣破損，箱變高壓側(cè)二次控制線及其計(jì)量表均嚴(yán)重?fù)p壞。變壓器油位嚴(yán)重不足，變壓器經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)B項(xiàng)繞組變比不合格，超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)≤0.5%的要求，需返廠修理。

圖1 風(fēng)機(jī)箱損壞圖

2 事故處置經(jīng)過

接到風(fēng)電場(chǎng)箱變維修要求后，廠家先后5次抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)受損的39#、34#、50#、23#、31#和箱式變壓器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)預(yù)防性試驗(yàn)和肘套型避雷器更換。其中，39#、34#、50#、31#和4臺(tái)箱式變壓器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)預(yù)防性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其箱變?cè)囼?yàn)合格。將檢測(cè)完畢的新避雷器進(jìn)行更換，發(fā)現(xiàn)39#、34#、50#、31#和4臺(tái)箱式變壓器具備送電條件。其中，因23#箱變高壓套管受損嚴(yán)重，出線套管漏油情況，23#箱式變壓器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試?yán)@組變比超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)≤0.5%的要求。23#箱式變壓器在現(xiàn)場(chǎng)無法完成檢修，需要返廠維修。

風(fēng)電場(chǎng)為了盡快恢復(fù)線路風(fēng)機(jī)發(fā)電召開緊急會(huì)議，決定更換一臺(tái)全新箱變，恢復(fù)風(fēng)力發(fā)電線路。廠家對(duì)全新箱式變壓器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝和調(diào)試，對(duì)安裝完畢的23#新箱式變壓器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)預(yù)防性試驗(yàn)與多次產(chǎn)品調(diào)試，確認(rèn)23#新更換的箱式變壓器具備送電條件，并直至39#、34#、50#、23#、31#和5臺(tái)箱變并網(wǎng)運(yùn)行正常，并入風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中。

3 事故后的相關(guān)檢查和試驗(yàn)

事故發(fā)生后，風(fēng)電場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)高度重視，多次組織技術(shù)人員會(huì)同避雷器制造廠家對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了勘察和討論分析，基本情況如下所述。

（1）從其他沒有受損的同一批投運(yùn)的避雷器種抽取幾只送檢，檢測(cè)直流參考電壓和泄露電流等基本項(xiàng)目，判斷氧化鋅閥片的基本性能。圖2為氧化鋅避雷器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，受檢避雷器閥片基本參數(shù)合格[1-4]。

圖2 氧化鋅避雷器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

（2）氫氧化鋅避雷器最大的缺點(diǎn)是，在大電流的沖擊力作用下，泄流過程中容易產(chǎn)生過熱而導(dǎo)致崩裂。

（3）避雷器由多節(jié)組成，在大電流的沖擊作用中泄流，泄流過程中容易發(fā)生過熱崩裂。

（4）對(duì)受損的避雷器進(jìn)行解剖分析，發(fā)現(xiàn)閥片有過熱顏色變深和燒蝕痕跡，顯示氧化鋅閥片有在大電流沖擊下導(dǎo)致發(fā)熱而崩潰的跡象。

（5）查看箱變、高壓電纜附件及其避雷器的安裝情況，電纜為T型頭，避雷器主要的支撐方式是通過電纜和高壓套管給予支撐。避雷器接在T型頭后部，閥片部分與套管及其連接呈垂直狀態(tài)。避雷器在受到系統(tǒng)大電流沖擊的作用下，在避雷針發(fā)生爆破時(shí)容易引起擺動(dòng)和劇烈震動(dòng)，易導(dǎo)致變壓器高壓套管等固體絕緣件受損，甚至導(dǎo)致變壓器高壓套管出現(xiàn)開裂漏油。

（6）經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)高壓環(huán)網(wǎng)柜與變壓器安裝保護(hù)系統(tǒng)的了解，發(fā)生故障跳閘的情況下，每次故障跳閘情況均由集電力線路中的環(huán)網(wǎng)柜跳閘。箱變自身保護(hù)裝置是油浸式負(fù)荷開關(guān)，是手動(dòng)分、合閘式開關(guān)且不具備跳閘功能。箱變也沒有配置低油位報(bào)警等中控信號(hào)，遠(yuǎn)方中控系統(tǒng)不能及時(shí)知曉現(xiàn)場(chǎng)箱變的具體事故情況。

（7）箱變是由油浸式手動(dòng)拉閘負(fù)荷開關(guān)操作。受限于集電線環(huán)網(wǎng)柜斷路器整定電流的影響，從事故發(fā)生到操作切除過程，存在一定的時(shí)間差。集電力線路中發(fā)生故障時(shí)，中控系統(tǒng)不能監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)箱變的運(yùn)行情況，不能在第一時(shí)間內(nèi)切除箱變負(fù)荷，從而引起了事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。

4 箱式變壓器預(yù)防性事故

（1）風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的箱式變壓器，應(yīng)增加察看變壓器實(shí)際運(yùn)行情況和變壓器油位，不定期抽檢絕緣油，以防變壓器絕緣油老化，甚至危害變壓器本身的絕緣情況。油檢查一旦有發(fā)現(xiàn)乙炔現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)跟進(jìn)與分析。一旦油老化危害變壓器絕緣情況，可考慮換油處理。

（2）在雷雨過后，巡檢人員應(yīng)檢查風(fēng)電場(chǎng)所箱式變壓器器身套管否有放電跡象，因雷電期間產(chǎn)生的放電性拉狐。所以，發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)當(dāng)及時(shí)上報(bào)。

5 箱式變壓器避雷器事故管理

（1）風(fēng)電場(chǎng)避雷器崩裂事故發(fā)生后，迅速組織搶修小組和事故調(diào)查小組對(duì)發(fā)生故障避雷器事件進(jìn)行初步判斷，同時(shí)向上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)實(shí)際情況。風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)將避雷器設(shè)備出廠報(bào)告封存，以便避雷器崩裂事故調(diào)查。風(fēng)電場(chǎng)調(diào)度部門在避雷器事件發(fā)生后，應(yīng)合理安排集中電力系統(tǒng)運(yùn)行情況，將因避雷器事件造成的損失降至最低，給避雷器事件調(diào)查小組和搶修人員一定的調(diào)查時(shí)間和搶修時(shí)間。

（2）避雷器事故調(diào)查結(jié)束后，應(yīng)做出避雷器事故分析報(bào)告。避雷器事件緣故若是由于前設(shè)計(jì)考慮不足所致，應(yīng)檢抽查同一線路上的箱式變壓器上未損壞的避雷器，是否還能滿足運(yùn)行條件，同時(shí)檢查現(xiàn)場(chǎng)避雷器安裝的不足并反饋給設(shè)計(jì)單位，吸取經(jīng)驗(yàn)、改進(jìn)原安裝不足；當(dāng)避雷器事故發(fā)生后擴(kuò)大事故影響范圍由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)不足缺陷造成，風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行單位應(yīng)按照有關(guān)規(guī)定進(jìn)一步改進(jìn)產(chǎn)品安裝不足的問題。

6 風(fēng)電場(chǎng)所預(yù)防性避雷器事件的措施

風(fēng)電場(chǎng)所變壓器避雷器安裝處加裝固定支撐件固定避雷器，以消除避雷器在出現(xiàn)故障時(shí)的劇烈震動(dòng)和搖擺情況。根據(jù)國(guó)內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)2015年以來反饋的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，建議選用2 ms方波容量更大的氧化鋅閥片避雷器，可在一定程度上避免避雷器受系統(tǒng)大電流沖擊時(shí)熱崩潰。根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行工況，推薦使用2 ms方波容量大于800 A的產(chǎn)品為宜。

7 事故原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集到的各方面信息和對(duì)故障品的檢測(cè)討論分析，綜合運(yùn)營(yíng)單位和避雷器廠家討論分析的意見，綜合認(rèn)為：

（1）事故的主要原因是避雷器閥片在大的系統(tǒng)沖擊電流下發(fā)生了熱崩潰。

（2）現(xiàn)場(chǎng)箱式變壓器高壓側(cè)油浸式負(fù)荷開關(guān)無過流跳閘保護(hù)，避雷器在受集成電網(wǎng)大電力沖擊下，在泄流中發(fā)生熱蹦。總環(huán)網(wǎng)柜有一定的跳閘保護(hù)時(shí)間，而此次故障是由避雷器泄流過程中的蹦裂引發(fā)變壓器高壓套管受損。事故發(fā)生后，因變壓器保護(hù)無油位保護(hù)信號(hào)傳入中控室，中控室沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況第一時(shí)間內(nèi)做出反應(yīng)，是導(dǎo)致變壓器受損程度擴(kuò)大的主要原因之一。

（3）高壓環(huán)網(wǎng)柜因保護(hù)值設(shè)定和定值的延時(shí)影響，箱變高壓側(cè)設(shè)置的是油浸式負(fù)荷開關(guān)，不具備過負(fù)荷跳閘功能。在系統(tǒng)發(fā)生大電流沖擊下避雷器先泄流動(dòng)作、避雷器在泄流過程中熱崩潰定向爆破時(shí)，避雷器垂直方向沒有加裝支撐避雷器抱箍的固定裝置支撐點(diǎn)，避雷器在熱崩時(shí)會(huì)出現(xiàn)擺動(dòng)和強(qiáng)烈震動(dòng)，導(dǎo)致箱變高壓套管開裂導(dǎo)致高壓套管出現(xiàn)漏油情況。同時(shí)，由于前期系統(tǒng)設(shè)計(jì)原因，箱變高壓側(cè)只有油浸式負(fù)荷開關(guān)，不具備過流跳閘功能。故障跳閘依賴集電力線路總的環(huán)網(wǎng)柜，但其斷路器受整定電流等因素影響，跳閘有遲延。箱變與沒有安裝油位下降信號(hào)傳入中控系統(tǒng)中，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)變壓器油位下降情況。

（4）這個(gè)過程時(shí)間中，箱式變壓器處于帶電狀態(tài)，高壓套管開裂漏油導(dǎo)致箱變器油位下降。受設(shè)計(jì)影響，箱變油位下降沒有設(shè)置相關(guān)告警信號(hào)上傳中控室，中控室沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的箱式變壓器，導(dǎo)致變壓器高壓套管受損。變壓器油位持續(xù)下降，容易引發(fā)引線及其套管導(dǎo)電桿等部位對(duì)地放電，危及變壓器器身絕緣，造成事故擴(kuò)大。

（5）變壓器事故進(jìn)一步擴(kuò)大的原因在于，在避雷器受到電力系統(tǒng)的電流沖擊中，泄流中的避雷器產(chǎn)生熱力蹦裂的情況影響導(dǎo)致變壓器漏油情況，變壓器油位持續(xù)下降。因前期設(shè)計(jì)不足，中控室沒有及時(shí)切斷故障電路中的總環(huán)網(wǎng)柜開關(guān)，從而引發(fā)事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

8 進(jìn)一步措施

根據(jù)事故處理信息及其形成原因的分析討論，建議下一步采取以下措施，切實(shí)有效地杜絕此類事件重復(fù)發(fā)生。

（1）根據(jù)國(guó)內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)2015年以來反饋的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，建議選用2 ms方波容量更大的氧化鋅閥片避雷器，一定程度上避免避雷器受系統(tǒng)大電流沖擊時(shí)熱崩潰。根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行工況，推薦使用2 ms方波容量大于800 A的產(chǎn)品為宜。

（2）需要考慮對(duì)現(xiàn)有箱變加裝低油位報(bào)警，信號(hào)接入中控，便于中控系統(tǒng)電力值班員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中箱式變壓器進(jìn)行實(shí)際油位監(jiān)控[5]。

（3）日常巡視查看變壓器油位并做記錄，與中控室信號(hào)上的油位數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，更準(zhǔn)確地得到變壓器地實(shí)際情況。

（4）切實(shí)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在雷雨季節(jié)或者定期進(jìn)行避雷器的預(yù)防性試驗(yàn)，篩查劣化的避雷器[6-7]。

（5）條件允許時(shí)，加裝避雷器泄露電流檢測(cè)裝置，并將其納入日常風(fēng)機(jī)巡檢工作日志，日常進(jìn)行數(shù)值比對(duì)，在避雷器預(yù)發(fā)性故障基礎(chǔ)上降低避雷器突發(fā)事故的概率[8-9]。

（6）風(fēng)電場(chǎng)檢修人員在變壓器運(yùn)行期間禁止搖擺避雷器設(shè)備，防止在搖晃過程中損壞避雷器外絕緣套，引起避雷器破裂。

（7）檢修人員檢查箱變的滲漏情況時(shí)，應(yīng)注意高、低、出線套管部位進(jìn)水與受潮情況，特別是變壓器頂部和容易形成的負(fù)壓區(qū)部位分接檔位入口處積水引起膠圈老化，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常、及時(shí)上報(bào)、及時(shí)處理。

（8）風(fēng)電場(chǎng)巡視變壓器期間，巡視人員應(yīng)注意觀察變壓器油位，檢查記錄套管實(shí)際油位情況。發(fā)現(xiàn)油位下降或有異常變化，應(yīng)立即結(jié)合紅外測(cè)溫儀觀察變壓器高低壓出線部分有無局部過熱情況，并找出滲油具體位置，查看漏油部位，及時(shí)處理并上報(bào)。

（9）在風(fēng)電場(chǎng)避雷器設(shè)備安裝前加以預(yù)防性計(jì)劃，避免在安裝過程中發(fā)生突發(fā)事故。

[1] GB 11032-2010 交流無間隙金屬氧化物避雷 [S].2010.

[2] GB/T 34869-2017 串聯(lián)補(bǔ)償裝置電容器組保護(hù)用金屬氧化物限壓器[S].2017.

[3] GB 50150-2016 電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[S].2016.

[4] 路彥峰.氧化鋅避雷器電位分布數(shù)值計(jì)算研究[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2007.

[5] 唐 林.江津35kV線路防雷新技術(shù)應(yīng)用研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2004.

[6] 王金濤.氧化鋅避雷器事故情況分析[J].華中電力，1991，（6）：32-35.

[7] 李 哲.35kV中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)避雷器的選擇[J].山東電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2001，（2）：39-40.

[8] 鄧雨榮.金屬氧化物避雷器泄漏電流的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試[C].廣西電機(jī)工程學(xué)會(huì)第七屆青年學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集，2002.

[9] Gonzalez A G.Modelling and Simulation of a Surge Arrester in the Physical Domain[C].Methods and Models in Automation and Robotics（MMAR），2014 19th International Conference on，2014.