一起過電壓保護器燒損事故的分析與預防措施的探討

白強　劉勇　侯志遠

【摘要】 過電壓保護器是一種非常有效的電網系統防御雷電過電壓保護裝置，它的特性可以保證電網長期穩定運行。本文就某35kV變電所過電壓保護器的損壞對過電壓保護器損壞原因進行了全面的分析，并提出具體的預防措施，為電力系統過電壓保護器的可靠運行提供了技術參考。

【關鍵詞】 過電壓保護器損壞 事故分析 預防措施

一、前言

電力系統中，經常會產生各類過電壓危害，總結起來總共有兩大過電壓：內部過電壓和雷電過電壓。其中內部過電壓的產生主要是由于電網中能量的轉化或傳遞所產生的電網電壓升高，它一般包括工頻過電壓、操作過電壓、諧振過電壓等；而雷電過電壓則主要是由于雷云放電所引起的電壓升高，也稱為大氣過電壓。這些過電壓不僅會危害供電線路以及發、變電站的電氣設備，還會導致大面積停電，引起各類用電部門的重大損失。

過電壓保護器具有相對相及相對地的保護水平相同等優點，是一種具有良好保護性能一次元件。裝設過電壓保護器是保護電氣設備免遭大氣過電壓損壞的主要手段，也是防護某些內部過電壓的重要措施，因此在電網配電系統中廣泛使用。輸電系統在正常運行情況下，過電壓保護器是不導通的，當配網線路遭受雷擊過電壓或系統過電壓，作用在保護器上的電壓達到其動作電壓時，保護器就會導通，通過大電流，釋放過電壓能量并將過電壓抑制在一定水平，減少了對電力設備的沖擊，保護了電力設備的絕緣。

二、事件概況

2013年03月27日之前，該110kV變電所35kV系統經常發生電壓互感器燒毀、互感器保險熔斷、過電壓保護器燒毀等事故發生。過電壓保護器為帶串聯間隙三相組合式的，工頻放電電壓為3.5倍相電壓。

2013年03月27日，該變電所28#箱變燒毀，箱變內變壓器、高壓柜、低壓柜等已燒毀，無法修復使用；

2013年07月21日，在該變電所現場，現場運維工作人員對已經燒壞的過電壓保護器進行解剖分析，過電壓保護器A、B兩相氧化鋅閥片有明顯燒損跡象，C相閥片完好無損。經分析，在過電壓保護器燒毀之前，系統曾發生間歇性弧光接地事故，故障相在C相（由于沒有故障錄波圖，無法確定故障持續時間）。

圖1、圖2為過電壓保護器損壞現場實物圖，三相過電壓保護器經解剖后如圖1、2所示，從左到右依次是A、B、C三相，從圖中可清晰看到，C相閥片完好如初，A、B兩相閥片損毀嚴重。由此可見，系統中可能為C相發生接地現象，導致A、B兩相電壓升高，超過過電壓保護器承受能量，繼而在薄弱地方擊穿損毀。

三、過電壓保護器燒損原因分析

（1）鐵磁諧振過電壓的影響

當系統中某一點的對地絕緣能力（強度）已經不能承受所加于此點的電壓時，絕緣將被擊穿而放電，發生單相接地故障。即當某處的絕緣能力已經無法承受所施加的電壓時，絕緣將發生擊穿。其實質是，電壓通過擊穿點，向地放電，通過放電電弧，將與大地間發生一連串的瞬間短路。從基礎電工知識可知，在一個C、L均存在的電路中，系統特性的突變（電壓的突然躍變、參數的突然改變）將引起電磁振蕩。這種振蕩的頻率及振蕩電流的大小，因電網的參數的不同而異，在每次振蕩過程中，電流的幅值會很高，實際模擬試驗及現場實測結果表明其振蕩頻率在300～3000Hz之間，振蕩時高頻沖擊電流的幅值可達數百安培之多。這種高頻電流經電感（如變壓器線圈）轉換并放大成高頻的高電壓。

在6～35kV系統中，由于中性點不接地，電壓互感器中性點將成為系統在單相接地時對地電流的通道，此時極易產生PT的鐵磁諧振過電壓。諧振過電壓具有幅值高、幾率高、影響大的特點。對過電壓保護器的沖擊可想而知，會加速保護器的絕緣老化。

事故發生前未進行操作，故排除了系統發生操作過電壓及切合空長線過電壓的可能性；從事故過電壓保護器解剖后分析得知，系統有單相間歇性電弧接地過電壓發生。

查閱過電壓保護器工放值選擇標準可知，過電壓保護器工頻放電值為3.5相電壓，從DL/T620-1997第4.2.8可以知道，6～35kV系統發生單相間歇性電弧接地故障時，過電壓有可能達到3.5pμ（注：pμ為正常相電壓的峰值，后同），也就是說，只要有間歇性單相接地發生，過電壓保護器必然動作，過電壓保護器在間歇性單相接地情況下持續運行時間取決于氧化鋅閥片的通流量，也可以理解為取決于間歇性單相接地發生的持續時間。當持續時間超出閥片承受能量時，過電壓保護器就會擊穿，俗稱爆炸。

（2）結構因素

過電壓保護器封殼出現問題造成過電壓保護器受潮而損壞。過電壓保護器封殼的主要材料是硅橡膠。由于過電壓保護器生產廠家采用的技術工藝不完善或采用的密封材料抗老化性能不穩定，導致硅橡膠套封殼質量參差不齊。過電壓保護器投入運行后，運行環境的狀況影響或避雷器設備生命周期后期，都有可能造成過電壓保護器封殼出現問題，密封性能不佳。空氣中的潮氣或水分滲入過電壓保護器內部，造成內部絕緣降低，加速了過電壓保護器劣化而引起損壞。

而過電壓保護器長時間運行會導致內部元件老化，實際上，由于電網中使用的過電壓保護器多沒有在線監測裝置和脫離設施。因此絕大多數保護器自身的裂化程度不得而知。其承受過電壓水平和吸收過電壓性能也只能在電氣檢修期通過現場試驗驗證。這導致大多數保護器不能在劣化臨界點安全退出或更換，從而導致其損壞燒毀。

四、預防措施

過電壓保護器是一種電網系統防御雷電過電壓保護裝置，是電網運行中必不可少的電氣設備，承擔著保護其它電氣設備以及電網免過電壓沖擊帶來的危害，其重要性不言而喻，得到電力部門和廣大用戶的認同，并在電網系統廣泛應用。現針對過電壓保護器在電網運行中應有的預防措施進行探討分析。

（1）加強PT鐵磁諧振的治理

較好的治理PT鐵磁諧振的意義不僅僅在于避免了諧振過電壓對過電壓保護器的沖擊，更是能夠保護電壓互感器的安全運行，實用性強。具體措施是在電壓互感器一次側加裝流敏型一次消諧器，在二次開口三角加裝智能微機綜合消諧錄波裝置，該智能綜合消諧錄波裝置由微機型二次消諧器和電流型一次消諧器構成，流敏型一次消諧器和微機二次消諧器之間連接有電流互感器，二次消諧器能夠監測一次消諧器運行狀態，自帶錄波功能，通過Modbus或61850協議與后臺通訊顯示波形或自顯。其工作原理為：微機二次錄波消諧器能夠消除分頻、工頻、倍頻鐵磁諧振過電壓，上傳存儲過電壓幅值、頻率等，時時監測一次消諧器運行狀態。當電流型一次消諧器運行異常時，微機型二次消諧器發出報警信號并自動投入二次消諧電阻，確保電壓互感器自身不參與諧振，同時也彌補了一、二次消諧獨立工作給系統帶來的保護盲區，微機二次消諧器還能記錄故障時波形情況。endprint

（2）過電壓保護器裝設在線監測、脫離裝置

任何一件產品都有一定的使用壽命，過電壓保護器也不例外，為防止過電壓保護器劣化時將事故擴大，建議在每只過電壓保護器安裝在線監測裝置，時時監測過電壓保護器的運行工況，已達到提前預警提醒更換的目的。

在條件允許的情況下也可以安裝脫離器，在過電壓保護器失效損壞時，脫離器自動動作（30mA時不大于8min）退出運行，以免造成更大損失和擴大事故，提高電網運行安全可靠性。脫離器亦有監測過電壓保護器運行工況作用，脫離器動作后出現明顯斷開點，提示該過電壓保護器已失效損壞應予更換。因此安裝脫離器可免去定期給過電壓保護器進行各項電氣性能測試或在線監測的麻煩。

（3）加強對過電壓保護器運行管理

加強監測是保證過電壓保護器安全、可靠運行的重要措施之一。過電壓保護器在運行前須對其進行檢査和測試，將檢査測試結果記入技術檔案。對運行在配電網上的每一只過電壓保護器都要建立技術檔案，對出廠報告、定期測試報告及在線監測的運行記錄，均要存入技術檔案，作為定期檢査的參考，直至該過電壓保護器退出運行。

五、結束語

（1）裝設過電壓保護器是保證電力系統安全運行的重要保護措施，可采用“自脫離、大容量、免維護”過電壓保護裝置。這種保護裝置能夠解決普通過電壓保護器的不足，當過電壓保護功能因故發生熱崩潰，形成內部相間短路故障時，保護裝置自帶的脫離裝置能在短路電流的作用下迅速動作，脫離該短路點，實現該故障線路相問短路故障點的可靠切除，使系統達到安全的目的。

（2）要將過電壓保護器要列入設備維護 、檢修計劃中，不斷學習新理論、新知識。定期檢查和測試過電壓保護器的工放值，了解其運行狀態，掌握存在的問題，及時更換，以防爆炸事故的發生，加強對新設備、新技術、新理論的學習，全面掌握其核心原理及運行維護要求，保證其安全經濟運行。

（3）在今后的工作實踐中去認真研究、實驗、探索和總結，使過電壓保護器運行中的不安全因素得以預防和完善，確實提高電網運行可靠性。過電壓保護器損壞的原因有雷電、系統暫態過電壓、受潮、使用不當和自身質量問題等等，而過電壓保護器的劣化速度的離散性及雷電、操作過電壓、諧波、運行環境等的隨機性，都決定了過電壓保護器安全運行的可靠性。

參 考 文 獻

[1] DL/T620-1997，交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合[S]

[2] 沈霞. 一起由過電壓保護器引發的事故原因分析[J]. 安徽水利水電職業技術學院學報，2011

[3] 張一軍，汪衛國. JPB組合式過電壓保護器與常見過電壓保護器原理的比較分析[J]. 浙江電力，2005

[4] 卞洪磊，郭亮. 三相組合式過電壓保護器工頻放電試驗方法分析[J]. 內蒙古電力技術，2010endprint

（2）過電壓保護器裝設在線監測、脫離裝置

任何一件產品都有一定的使用壽命，過電壓保護器也不例外，為防止過電壓保護器劣化時將事故擴大，建議在每只過電壓保護器安裝在線監測裝置，時時監測過電壓保護器的運行工況，已達到提前預警提醒更換的目的。

在條件允許的情況下也可以安裝脫離器，在過電壓保護器失效損壞時，脫離器自動動作（30mA時不大于8min）退出運行，以免造成更大損失和擴大事故，提高電網運行安全可靠性。脫離器亦有監測過電壓保護器運行工況作用，脫離器動作后出現明顯斷開點，提示該過電壓保護器已失效損壞應予更換。因此安裝脫離器可免去定期給過電壓保護器進行各項電氣性能測試或在線監測的麻煩。

（3）加強對過電壓保護器運行管理

加強監測是保證過電壓保護器安全、可靠運行的重要措施之一。過電壓保護器在運行前須對其進行檢査和測試，將檢査測試結果記入技術檔案。對運行在配電網上的每一只過電壓保護器都要建立技術檔案，對出廠報告、定期測試報告及在線監測的運行記錄，均要存入技術檔案，作為定期檢査的參考，直至該過電壓保護器退出運行。

五、結束語

（1）裝設過電壓保護器是保證電力系統安全運行的重要保護措施，可采用“自脫離、大容量、免維護”過電壓保護裝置。這種保護裝置能夠解決普通過電壓保護器的不足，當過電壓保護功能因故發生熱崩潰，形成內部相間短路故障時，保護裝置自帶的脫離裝置能在短路電流的作用下迅速動作，脫離該短路點，實現該故障線路相問短路故障點的可靠切除，使系統達到安全的目的。

（2）要將過電壓保護器要列入設備維護 、檢修計劃中，不斷學習新理論、新知識。定期檢查和測試過電壓保護器的工放值，了解其運行狀態，掌握存在的問題，及時更換，以防爆炸事故的發生，加強對新設備、新技術、新理論的學習，全面掌握其核心原理及運行維護要求，保證其安全經濟運行。

（3）在今后的工作實踐中去認真研究、實驗、探索和總結，使過電壓保護器運行中的不安全因素得以預防和完善，確實提高電網運行可靠性。過電壓保護器損壞的原因有雷電、系統暫態過電壓、受潮、使用不當和自身質量問題等等，而過電壓保護器的劣化速度的離散性及雷電、操作過電壓、諧波、運行環境等的隨機性，都決定了過電壓保護器安全運行的可靠性。

參 考 文 獻

[1] DL/T620-1997，交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合[S]

[2] 沈霞. 一起由過電壓保護器引發的事故原因分析[J]. 安徽水利水電職業技術學院學報，2011

[3] 張一軍，汪衛國. JPB組合式過電壓保護器與常見過電壓保護器原理的比較分析[J]. 浙江電力，2005

[4] 卞洪磊，郭亮. 三相組合式過電壓保護器工頻放電試驗方法分析[J]. 內蒙古電力技術，2010endprint

（2）過電壓保護器裝設在線監測、脫離裝置

任何一件產品都有一定的使用壽命，過電壓保護器也不例外，為防止過電壓保護器劣化時將事故擴大，建議在每只過電壓保護器安裝在線監測裝置，時時監測過電壓保護器的運行工況，已達到提前預警提醒更換的目的。

在條件允許的情況下也可以安裝脫離器，在過電壓保護器失效損壞時，脫離器自動動作（30mA時不大于8min）退出運行，以免造成更大損失和擴大事故，提高電網運行安全可靠性。脫離器亦有監測過電壓保護器運行工況作用，脫離器動作后出現明顯斷開點，提示該過電壓保護器已失效損壞應予更換。因此安裝脫離器可免去定期給過電壓保護器進行各項電氣性能測試或在線監測的麻煩。

（3）加強對過電壓保護器運行管理

加強監測是保證過電壓保護器安全、可靠運行的重要措施之一。過電壓保護器在運行前須對其進行檢査和測試，將檢査測試結果記入技術檔案。對運行在配電網上的每一只過電壓保護器都要建立技術檔案，對出廠報告、定期測試報告及在線監測的運行記錄，均要存入技術檔案，作為定期檢査的參考，直至該過電壓保護器退出運行。

五、結束語

（1）裝設過電壓保護器是保證電力系統安全運行的重要保護措施，可采用“自脫離、大容量、免維護”過電壓保護裝置。這種保護裝置能夠解決普通過電壓保護器的不足，當過電壓保護功能因故發生熱崩潰，形成內部相間短路故障時，保護裝置自帶的脫離裝置能在短路電流的作用下迅速動作，脫離該短路點，實現該故障線路相問短路故障點的可靠切除，使系統達到安全的目的。

（2）要將過電壓保護器要列入設備維護 、檢修計劃中，不斷學習新理論、新知識。定期檢查和測試過電壓保護器的工放值，了解其運行狀態，掌握存在的問題，及時更換，以防爆炸事故的發生，加強對新設備、新技術、新理論的學習，全面掌握其核心原理及運行維護要求，保證其安全經濟運行。

（3）在今后的工作實踐中去認真研究、實驗、探索和總結，使過電壓保護器運行中的不安全因素得以預防和完善，確實提高電網運行可靠性。過電壓保護器損壞的原因有雷電、系統暫態過電壓、受潮、使用不當和自身質量問題等等，而過電壓保護器的劣化速度的離散性及雷電、操作過電壓、諧波、運行環境等的隨機性，都決定了過電壓保護器安全運行的可靠性。

參 考 文 獻

[1] DL/T620-1997，交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合[S]

[2] 沈霞. 一起由過電壓保護器引發的事故原因分析[J]. 安徽水利水電職業技術學院學報，2011

[3] 張一軍，汪衛國. JPB組合式過電壓保護器與常見過電壓保護器原理的比較分析[J]. 浙江電力，2005

[4] 卞洪磊，郭亮. 三相組合式過電壓保護器工頻放電試驗方法分析[J]. 內蒙古電力技術，2010endprint