一起220kV避雷器爆炸原因分析及防范措施

張 競(jìng)，陳艷華

（1.國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學(xué)研究院，江西 南昌 330096；2.國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司，江西 南昌 330077）

0 引言

金屬氧化物避雷器具有保護(hù)比小、通流容量大、穩(wěn)定性能好等優(yōu)點(diǎn)，從而取代傳統(tǒng)碳化硅避雷器成為我國(guó)電力系統(tǒng)重要組成部分[1-3]。然而，在運(yùn)行中，氧化鋅避雷器的爆炸事故時(shí)有發(fā)生。對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生較大影響。

本文針對(duì)一起220 kV避雷器爆炸事故。以停電試驗(yàn)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢查的方式最終認(rèn)定了避雷器自身缺陷導(dǎo)致避雷器內(nèi)部受潮是造成該次爆炸事故的主要原因。最后，結(jié)合變電站實(shí)際運(yùn)行情況提出了一些預(yù)防措施及改進(jìn)建議，認(rèn)為及時(shí)發(fā)現(xiàn)避雷器受潮、老化是避免故障發(fā)生的一種重要手段。

1 故障經(jīng)過

2018年4月5日，某變電站2號(hào)主變220 kV避雷器B相本體上節(jié)外套發(fā)生粉碎性爆炸，導(dǎo)致B相引下線與A相短接，繼而造成相間短路，2號(hào)主變跳閘停運(yùn)。

故障的B相避雷器型號(hào)為Y10W-200/520W，于1994年8月出廠，1996年5月投運(yùn)。2號(hào)主變?nèi)啾芾灼鲗偻粡S家、同一型號(hào)、同一批次產(chǎn)品。故障前，2號(hào)主變無檢修，設(shè)備無操作，查閱雷電定位系統(tǒng)，當(dāng)天全省范圍內(nèi)均未有落雷?？膳懦讚艏安僮饕疬^電壓而導(dǎo)致避雷器爆炸。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢查情況及故障原因分析

事故發(fā)生后，對(duì)爆炸的B相避雷器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)避雷器上節(jié)已完全炸裂，見圖1。

圖1 B相避雷器上節(jié)爆炸現(xiàn)場(chǎng)圖

B相上、下節(jié)避雷器內(nèi)絕緣筒、閥片外表、支持絕緣子內(nèi)壁等處均沾滿黑色灰碳（見圖2-5）；

圖2 氧化鋅電阻片及其他構(gòu)件

圖3 B相下節(jié)內(nèi)腔圖

圖4 A、B兩相避雷器芯柱

圖5 B相避雷器環(huán)氧樹脂玻璃筒

B相避雷器下端壓緊件側(cè)密封端面銹蝕且密封圈缺失，A相避雷器上端面?zhèn)燃捌鋲壕o件側(cè)的密封圈有明顯銹跡斑（見圖6-8）。

圖6 B下節(jié)密封處及壓力彈簧

圖7 A相上節(jié)密封處

A相避雷器的密封圈在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行下，密封橡皮老化。

圖8 A相避雷器瓷外套

通過查看遺留在現(xiàn)場(chǎng)的上節(jié)瓷套碎片和解體其他兩相避雷器，爆炸相的瓷套管外表面污穢較嚴(yán)重且存在明顯的凸點(diǎn)；且上端面?zhèn)燃捌鋲壕o件側(cè)的密封圈有明顯銹跡斑，其密封性能已嚴(yán)重受損，避雷器內(nèi)部存在受潮。同時(shí)，由于瓷套管為脆性材料，無貫穿性損壞，短時(shí)期內(nèi)不會(huì)造成運(yùn)行參數(shù)立即變化，但偶遇突發(fā)能量或運(yùn)行環(huán)境的突變，會(huì)造成瓷外套損壞。

3 例行試驗(yàn)結(jié)果分析

查閱2號(hào)主變220 kV出線側(cè)避雷器例行試驗(yàn)報(bào)告，具體數(shù)據(jù)如表1：

表1 直流泄漏電流試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)結(jié)果顯示，2號(hào)主變220 kV側(cè)B相避雷器2017年的0.75倍直流1mA電壓下泄漏電流較初始值及2016年測(cè)試值明顯變大，A相、B相兩相避雷器的U1mA與初始值相比，A相下節(jié)、B相上下兩節(jié)初值差分別為12.52%、17.91%、20.59%。均不滿足GB11032中規(guī)定的U1mA初值差不超過±5%的要求。

A相、B相避雷器2017年的全電流測(cè)試值分別為831μA、810μA，如表2所示，與初始值相比分別增加了17.37%、32.14%，超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定上限20%，阻性電流分別為157 μA、114 μA，與初始值相比分別增加了61.86%、10.68%，超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定上限50%。

表2 運(yùn)行中持續(xù)電流檢測(cè)

2016~2017年三相避雷器的絕緣電阻有較明顯的下降，如表3所示，最大下降達(dá)到69.23%。

表3 避雷器底座絕緣電阻測(cè)試數(shù)據(jù)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，B相避雷器0.75倍直流1 mA參考電壓下避雷器的三相泄漏電流明顯偏大，雖其值仍在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)[4]，但比對(duì)該設(shè)備近三年歷史數(shù)據(jù)，其與初值差已超過規(guī)定中的上限30%。運(yùn)行中持續(xù)電流增加會(huì)使得電阻片發(fā)熱。同時(shí)，避雷器本體的絕緣電阻阻值呈明顯變小趨勢(shì)。綜合考慮試驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)，可推測(cè)出該設(shè)備內(nèi)部存在受潮或絕緣老化。

綜合上述調(diào)查及試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果可知，2號(hào)主變220 kV出線側(cè)避雷器B相主要是由于投運(yùn)時(shí)間較長(zhǎng)（已運(yùn)行22年），密封圈腐蝕嚴(yán)重，其密封性能已不能滿足要求，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中密封性能最終破壞，水汽進(jìn)入避雷器密封腔內(nèi)[5]，導(dǎo)致避雷器芯體受潮劣化；并且瓷套式氧化鋅避雷器內(nèi)部空腔較大，在環(huán)境溫度冷熱循環(huán)變化下，內(nèi)部空氣膨脹或收縮形成了呼吸作用，致使原來存在的微小漏孔擴(kuò)大，潮氣逐步侵入，加速了電阻閥片的絕緣劣化，繼而運(yùn)行時(shí)的泄漏電流不斷增大，形成避雷器閥片柱表面和避雷器瓷套內(nèi)壁表面放電，強(qiáng)烈的放電能量引起了避雷器爆炸。

4 結(jié)語

為盡可能地避免避雷器爆炸故障再次發(fā)生，建議采取如下防范措施：

1）從本次事故分析來看，雖然A、B兩相避雷器運(yùn)行中的持續(xù)電流未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的“阻性電流初值差≤50%，且全電流初值差≤20%”的上限[4]，同時(shí)泄漏電流也未超過標(biāo)準(zhǔn)上限（50 μA），但兩者均出現(xiàn)了明顯增長(zhǎng)，表明避雷器內(nèi)部絕緣已經(jīng)開始劣化，應(yīng)引起足夠的重視。因此，在判斷避雷器狀態(tài)的時(shí)候，不能僅關(guān)注試驗(yàn)數(shù)據(jù)有沒有超過標(biāo)準(zhǔn)值，還應(yīng)關(guān)注其增長(zhǎng)趨勢(shì)；

2）目前，試驗(yàn)規(guī)程里沒有本體絕緣電阻的試驗(yàn)項(xiàng)目和要求，但是通過本次事故分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)本體絕緣電阻下降較為明顯時(shí)，也可反映出避雷器內(nèi)部絕緣問題，可做為避雷器狀態(tài)診斷的輔助項(xiàng)目之一；

3）加強(qiáng)設(shè)備巡視力度，精確記錄避雷器的泄漏電流及動(dòng)作次數(shù)，當(dāng)同樣運(yùn)行條件下泄漏電流明顯變化時(shí)，應(yīng)進(jìn)行綜合分析；利用紅外熱成像儀對(duì)避雷器的熱像圖譜進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)有不正常的發(fā)熱或不正常的溫度分布時(shí)，應(yīng)引起注意，進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)或停電試驗(yàn)，以免故障進(jìn)一步惡化；動(dòng)態(tài)跟蹤設(shè)備健康狀態(tài)，及時(shí)消除隱患；

4）嚴(yán)格按照規(guī)程要求進(jìn)行停電試驗(yàn)和帶電測(cè)試工作，在帶電測(cè)試過程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)影響測(cè)試精度的因素進(jìn)行分析，特別是儀器使用方面，當(dāng)絕緣電阻和泄漏電流的阻性分量發(fā)生明顯變化時(shí)，應(yīng)根據(jù)波形及阻性電流變化的幅度正確推斷是否發(fā)生內(nèi)部受潮；對(duì)運(yùn)行年限較長(zhǎng)的避雷器應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備巡視、縮短停電試驗(yàn)和帶電測(cè)試的周期。