一起變壓器低壓側(cè)35 kV避雷器事故分析

張志恒，劉同寶，倪詩坤

（國網(wǎng)連云港供電公司，江蘇 連云港 222000）

0 引言

金屬氧化物避雷器在各電壓等級變電站中廣泛應用，可以保障電氣設(shè)備免受雷電過電壓和操作過電壓的沖擊［1-4］。目前，金屬氧化物避雷器在運行中的常見缺陷包括密封不良、閥片老化和外套污穢等。避雷器在兩端蓋板、法蘭、瓷套砂眼等位置密封性能較為薄弱。密封不嚴，潮氣進入使避雷器內(nèi)絕緣劣化，可能形成局部導電通道，導致內(nèi)部閃絡(luò)甚至爆炸解體；避雷器外表面污穢不均勻引起電位分布不均勻，使局部閥片的荷電率提高，加速劣化，最終導致整臺避雷器的損壞［5］。

在戶外變電站，主變壓器低壓側(cè)母線橋上的避雷器接線板往往進行絕緣包裹［6］，這對避雷器本體的密封性能十分不利。當避雷器上蓋板處排水不暢時，往往引發(fā)避雷器內(nèi)部受潮，甚至發(fā)生擊穿事故。本文針對此類事故，結(jié)合生產(chǎn)實際，提出了現(xiàn)場避雷器運行檢修的新方式，保證了電氣設(shè)備的安全運行和電力系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。

1 事故過程

1.1 事故經(jīng)過

甲變電站220 kV系統(tǒng)運行方式為鄧厲2E12線、1號主變壓器、鄧牽46N7線、鄧蘆4916線、2號主變壓器、鄧田46P6線運行，母聯(lián)2610斷路器處于熱備用狀態(tài)。35 kV系統(tǒng)單母分段運行，母聯(lián)310斷路器處于斷開狀態(tài)。甲變電站220 kV系統(tǒng)接線如圖1所示。

2019年3月8日天氣晴，甲變電站內(nèi)一次設(shè)備沒有任何操作，18時35分，甲變電站運行人員接調(diào)度通知，35 kV鄧楊326線單相接地。運行人員試拉鄧楊326斷路器，接地故障沒有消失，試拉35 kV小伊325斷路器，接地現(xiàn)象仍然存在。此時35 kV運行方式為2號主變壓器302斷路器在合位，母聯(lián)310斷路器在分位。調(diào)度發(fā)令拉開302斷路器，接地故障消失，合上310斷路器，電壓正常，確定故障范圍在302斷路器與2號主變壓器之間。運行人員到現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)2號主變壓器35 kV側(cè)A相避雷器放電擊穿，避雷器泄漏電流表滿偏。經(jīng)與調(diào)度部門協(xié)調(diào)，20時15分，2號主變壓器轉(zhuǎn)檢修。22時0分，檢修人員趕至現(xiàn)場，對損壞避雷器進行更換。9日0時45分，2號主變壓器轉(zhuǎn)運行。

圖1 甲變電站220 kV系統(tǒng)主接線圖

1.2 現(xiàn)場檢查

發(fā)生故障的避雷器是2號主變壓器35 kV側(cè)A相避雷器，對其本體進行檢查，發(fā)現(xiàn)復合外套上端第1與第3傘裙之間有兩處擊穿孔，孔的周圍及頂部有黑色煙熏的痕跡，說明避雷器外絕緣經(jīng)歷了長時間的局部放電。另外，避雷器頂部傘裙合成材料已經(jīng)碳化，輕輕觸碰就有粉末狀物體掉落，避雷器底座螺絲有2處放電痕跡，避雷器監(jiān)測器與底座連線接頭燒損。對2號主變壓器35 kV側(cè)B相和C相避雷器外觀檢查無明顯的放電現(xiàn)象。

檢查三相避雷器的監(jiān)測器，發(fā)現(xiàn)A相避雷器動作2次，B相和C相避雷器沒有動作，這說明避雷器在經(jīng)過兩次擊穿放電后變?yōu)榻拥毓收稀?/p>

2 電氣試驗

2.1 設(shè)備參數(shù)

故障避雷器為無間隙復合外套金屬氧化物避雷器，額定電壓為52.7 kV，持續(xù)運行電壓為41 kV。避雷器上次檢修試驗數(shù)據(jù)無異常。

2.2 電氣試驗數(shù)據(jù)

對2號主變壓器35 kV側(cè)A相、B相和C相避雷器進行停電診斷試驗，結(jié)果如表1所示。試驗時環(huán)境溫度為8℃，相對濕度為50%。

表1 金屬氧化物避雷器直流試驗數(shù)據(jù)

由表1可見，A相避雷器的直流1 mA參考電壓U1mA明顯低于標準值，其泄漏電流I0.75U遠大于50 μA，且本體絕緣電阻小于2 500 MΩ。

為了進一步檢查故障避雷器的伏安特性，對A相避雷器進行持續(xù)運行電壓下的阻性電流測試。測試時，使用單級試驗變壓器向避雷器施加持續(xù)運行相電壓，采用HV2型交直流高壓測量儀器檢測避雷器兩端的電壓值，使用AI6106型氧化鋅避雷器帶電測試儀測量其泄漏電流，試驗結(jié)果如表2所示。

表2 避雷器阻性電流試驗數(shù)據(jù)

A相避雷器在持續(xù)運行電壓下的泄漏電流全電流為3.652 mA，其阻性電流分量為2.156 mA，阻性電流分量占全電流的59.04%（超過20%），阻性電流的相角為 56.8°（正常為 77°～87°）。 在測試過程中，避雷器頂端傘裙有異常響聲。

綜合以上電氣試驗數(shù)據(jù)，可以判斷A相避雷器的絕緣特性已劣化、熱穩(wěn)定性已破壞，其非線性特性已不符合產(chǎn)品要求，避雷器內(nèi)部可能已經(jīng)受潮或者老化［7-11］，A相避雷器已經(jīng)徹底報廢，必須進行更換。根據(jù)對表1試驗數(shù)據(jù)的分析，B和C兩相避雷器未發(fā)現(xiàn)異常，但從慎重和安全的角度考慮，應對B和C兩相避雷器也進行更換。

3 故障原因分析和整改措施

3.1 故障避雷器的解體檢查

對發(fā)生故障的A相避雷器再次進行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)避雷器上蓋板處有絕緣加強護套，底部未打排水孔。

打開絕緣護套后，發(fā)現(xiàn)避雷器上部有水漬和受潮痕跡，密封處有開裂現(xiàn)象，上蓋板、接線端子等金屬部件處有積灰、發(fā)黑且銹蝕嚴重。

對避雷器本體解體后發(fā)現(xiàn)，氧化鋅電阻片已經(jīng)變色、部分燒損。電阻片側(cè)面、電阻片玻璃鋼圍屏有很多樹枝狀放電痕跡，甚至在內(nèi)腔壁及圍屏上有微小水珠。

3.2 避雷器的整改措施

通過以上避雷器故障原因的分析，可知避雷器上蓋板處密封狀況是發(fā)生故障的關(guān)鍵因素，針對此問題對現(xiàn)場避雷器進行了整改。整改后的避雷器和避雷器接線方式如圖2所示。

圖2 整改后的避雷器和避雷器接線方式

1）主變壓器低壓側(cè)母線進行絕緣熱縮套包覆的同時，對避雷器接線板以上的高壓引線部分做保留處理，取消了避雷器接線板處的絕緣包裹，防止雨水浸泡上蓋板引起避雷器內(nèi)部受潮。

2）縮短了避雷器本體與主變壓器低壓側(cè)母線之間的高壓引線長度，并采用了軟連接方式，從而保護避雷器的上蓋板不受破壞。

3）將避雷器監(jiān)測器的位置下移，加長避雷器底座與監(jiān)測器之間的引下線，以便于觀察泄漏電流值或?qū)ζ溥M行帶電測量，也方便帶電更換發(fā)生故障的監(jiān)測器。

避雷器原設(shè)計的爬電距離已經(jīng)能夠滿足現(xiàn)場電壓等級和使用環(huán)境的要求，因此取消避雷器接線板處絕緣包裹，不會造成爬電距離的減少，不會引發(fā)避雷器外絕緣閃絡(luò)等問題。

4 結(jié)語

綜合故障發(fā)生過程、現(xiàn)場檢查、電氣試驗數(shù)據(jù)和避雷器解體檢測，確定此次避雷器故障是避雷器蓋板包裹了絕緣加強護套，導致避雷器頂部進水受潮，長時間浸泡使避雷器內(nèi)部發(fā)熱，進而引起避雷器擊穿放電，最后發(fā)生單相接地故障。

針對此次主變壓器低壓側(cè)避雷器故障，進行了全面排查，發(fā)現(xiàn)變電站內(nèi)的主變壓器普遍存在此類隱患，建議停電檢修期間解除主變壓器低壓側(cè)避雷器的絕緣包裹，對無法及時解除的避雷器要加強專業(yè)巡視。