10 kV配電線路上避雷器故障分析及防范措施

鄧國宙

(廣東電網(wǎng)公司清遠(yuǎn)英德供電局，廣東 清遠(yuǎn) 513000)

0 引言

隨著我國城市化進(jìn)程的不斷加快，市場電力需求量也越來越高，電氣設(shè)備的投入使用量也越來越大，為提高電氣設(shè)備的安全性和可靠性，在10 kV配電線路上加裝瓷外套金屬氧化鋅避雷器。但在日常運(yùn)行中，10 kV氧化鋅避雷器經(jīng)常由于閥片側(cè)面高阻層裂紋、避雷器內(nèi)部受潮、雷電沖擊電流等原因被擊穿導(dǎo)致線路跳閘，從而導(dǎo)致設(shè)備絕緣性能降低，發(fā)生故障。因此加強(qiáng)10 kV配電線路避雷器的故障及具體防范措施研究，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有著重要意義。

1 避雷器故障分析

1.1 閥片側(cè)面高阻層裂紋導(dǎo)致的故障

1)事故分析。在2019年3月20日，望埠供電所接到調(diào)度通知，110 kV望埠變電站10 kV青石干出現(xiàn)接地故障。在事故發(fā)生后，供電所組織運(yùn)維人員分組巡視分段試送，發(fā)現(xiàn)10 kV青石干#34塔的避雷器被雷電擊穿。通過解體避雷器發(fā)現(xiàn)，在其內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)金屬銹蝕情況，運(yùn)維人員在避雷器側(cè)面絕緣層發(fā)現(xiàn)有細(xì)微裂紋，通過對電阻片進(jìn)行絕緣電阻測量，測試值全部為0 MΩ，故導(dǎo)致避雷器被擊穿。

2)閥片側(cè)面高阻層出現(xiàn)裂紋的原因。高阻層的避雷器絕緣釉是由有機(jī)材料配制而成的，而側(cè)面絕緣層則是通過高溫?zé)Y(jié)而成。當(dāng)閥片與側(cè)面高阻層的熱膨脹系數(shù)出現(xiàn)較大差異時，會導(dǎo)致避雷器絕緣釉出現(xiàn)細(xì)微的裂紋，降低了避雷器絕緣釉的絕緣強(qiáng)度，在過電壓情況下，就會出現(xiàn)閃絡(luò)現(xiàn)象。為妥善解決閃絡(luò)故障，應(yīng)在避雷器閥片和外絕緣筒之間的空腔填充溫度比較高的注膠，同時在高溫注膠時，應(yīng)盡量減小避雷器閥片與側(cè)面高阻層熱膨脹系數(shù)之間的差異，避免引起避雷器閥片側(cè)面高阻層出現(xiàn)裂紋。

1.2 避雷器內(nèi)部受潮導(dǎo)致的故障

1)事故分析。2019年11月，天氣晴朗，環(huán)境溫度為24℃，望埠供電所運(yùn)維人員對110 kV望埠變電站10 kV同心干#2塔進(jìn)行紅外測溫過程中，發(fā)現(xiàn)10 kV同心干#2塔小號側(cè)B相避雷器底部瓷套溫度為43.6℃，通常情況下正常相溫度為30.5℃，而避雷器溫差標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)≤0.5℃。從數(shù)據(jù)分析出10 kV同心干#2塔小號側(cè)B相氧化鋅避雷器異常發(fā)熱，避雷器底部瓷套存在嚴(yán)重缺陷。隨后運(yùn)維人員安排對其進(jìn)行更換。該避雷器為瓷外套外絕緣結(jié)構(gòu)，通過對B相避雷器進(jìn)行解體發(fā)現(xiàn)，瓷套底部鐵質(zhì)抱箍盤內(nèi)部金屬配件銹蝕嚴(yán)重，密封功能失效，B相避雷器內(nèi)部金屬配件銹蝕和電阻片嚴(yán)重受潮，絕緣損壞，對B相避雷器進(jìn)行絕緣電阻測量數(shù)值為0 MΩ，若遇到雷擊B相避雷器將會被擊穿，而引起線路故障。

2)避雷器內(nèi)部受潮的原因。避雷器內(nèi)部受潮的原因主要包括以下幾個方面：①避雷器在安裝前，未徹底烘干滯留在閥片及內(nèi)部零部件上的潮氣。②避雷器瓷套裙邊膠合處有裂縫、密封圈未焊死，易于進(jìn)入潮氣及水分。③密封墊圈老化開裂后，失去密封作用，潮氣和水分沿螺釘縫滲入內(nèi)腔等都會造成避雷器內(nèi)部受潮。

1.3 雷電沖擊電流導(dǎo)致的故障

1)事故分析。2019年7月，望埠供電所運(yùn)維人員在線路巡視時，發(fā)現(xiàn)在10 kV青石干線上有1個避雷器發(fā)生爆裂，運(yùn)維人員及時更換避雷器，以保證線路正常運(yùn)行。稍后通過對該避雷器解體，發(fā)現(xiàn)4片閥片，其中2片破碎，2片裂開，并對避雷器的外觀進(jìn)行詳細(xì)檢查，未發(fā)現(xiàn)閃絡(luò)痕跡，由此說明過電壓是直接作用于避雷器上的。當(dāng)避雷器閥片耐受雷電沖擊能力較差時，在雷電沖擊電流的作用下，直接導(dǎo)致閥片破裂及相關(guān)外套管爆開等問題產(chǎn)生。

2)雷電沖擊的故障原因。根據(jù)國家避雷器耐雷水平生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，10 kV系統(tǒng)中避雷器能承受2次65 kA(或40 kA)的雷電流沖擊，避雷器中流過雷電流主要分為雷電直擊和沿線路來波2種。當(dāng)雷直擊桿塔雷電流超過65 kA(或40 kA)時，線路會出現(xiàn)多相閃絡(luò)現(xiàn)象，引起相間短路速斷跳閘。但是由于短路速斷跳閘現(xiàn)象是不可能出現(xiàn)在線路單相接地故障中，因此說明雷電直擊產(chǎn)生的雷電流一定是低于65 kA(或40 kA)的，故而雷電直擊不可能造成避雷器故障。

當(dāng)避雷器遭受雷電沖擊電流過量且電流密度較大時，而閥片上的沖擊電流也沒有均勻分布，導(dǎo)致閥片上局部雷電沖擊電流密度超過其允許極限值，造成避雷器中的閥片破裂，如果閥片電流能量沖擊過大，則會使閥片發(fā)生破碎、爆炸。

2 具體防范措施

上述通過幾起避雷器故障案例分析，針對不同故障采取不同應(yīng)對措施。除上述措施外，在實(shí)際運(yùn)行管理中，為確保避雷

器安全運(yùn)行，還應(yīng)做好以下幾個方面防范措施。

2.1 做好避雷器的檢驗工作

為提高避雷器安全運(yùn)行的可靠性，避雷器的檢測水平也是極其重要的。對采購的避雷器應(yīng)抽樣檢查，檢測關(guān)鍵部件、密封性能等，并進(jìn)行密封試驗；安裝前，檢查避雷器外觀，確保外觀是否保持良好，并對其絕緣電阻值進(jìn)行測量是否不小于1 000 MΩ；安裝后，要嚴(yán)格按照驗收規(guī)范做好驗收工作。

2.2 避雷器要可靠接地

首先應(yīng)直接固定避雷器的接地螺栓與接地線，然后按照橫擔(dān)、沿接地引下線進(jìn)行有效接地，確保各鏈接部位牢固可靠，以確保整個接地系統(tǒng)的完整性，而且要保證其連接的接地地網(wǎng)的電阻值要在4 Ω以下。在焊接中采用螺栓連接，避免出現(xiàn)縫隙或雜物混入，影響避雷器的使用壽命。

2.3 提高閥片的能量耐受能力

為避免避雷器閥片側(cè)面高阻層出現(xiàn)裂紋，應(yīng)將閥片的能量耐受能力提高到65 kA以上。

2.4 加強(qiáng)對避雷器的日常巡視

避雷器是電力運(yùn)行中不可缺少的設(shè)備之一，其運(yùn)行的穩(wěn)定性直接關(guān)系著電力系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性。因此，在其運(yùn)行中應(yīng)加強(qiáng)對避雷器的日常巡視。以“基礎(chǔ)熱像”為根據(jù)的紅外診斷方法是當(dāng)前避雷器常用的故障診斷方法，能有效診斷故障狀態(tài)下的熱場，溫度升高變化，以及閥片受潮或者老化缺陷等問題。當(dāng)檢測避雷器溫差達(dá)0.5℃～1℃時，應(yīng)立即進(jìn)行停電檢查和試驗；還需對地下連接部位進(jìn)行檢查，以防發(fā)生銹蝕影響接地電阻，使雷擊電流不能快速流入大地，殘余的雷電沖擊電流會導(dǎo)致避雷器發(fā)生故障；定期對避雷器的外觀進(jìn)行檢查，確保是否存在閃絡(luò)、破損等，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時進(jìn)行更換處理。此外，電網(wǎng)檢修運(yùn)維人員還應(yīng)不斷提高自身檢修水平，熟練掌握避雷器故障分析及處理方法，積極開展帶電檢測工作，以減輕避雷器故障給電網(wǎng)運(yùn)行帶來的影響。

3 結(jié)語

在電力運(yùn)行過程中，提高10 kV配電線路的供電質(zhì)量，對供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益有良好的促進(jìn)作用。上述通過對望埠供電所10 kV青石干、10 kV同心干發(fā)生避雷器故障的產(chǎn)生原因及處理措施進(jìn)行分析，通過實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗總結(jié)出幾種避雷器故障的防范措施，為10 kV配電線路的可靠性、電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性提供保障。