一起110kV主變變低避雷器故障分析及對策

楊翔翼

摘 要：一起因主變變低避雷器A相頂部金具與外套之間的縫隙封堵不嚴或封堵老化開裂，導致水汽進到避雷器內部，在瞬時過電壓的情況下，避雷器內部擊穿故障導致主變比率差動保護動作跳閘。

關鍵詞：避雷器；絕緣；故障分析；對策

引言

2013年4月21日23點24分38秒，110kV花卉站#1主變比率差動保護動作，跳開變高1101，變低501開關，10kV備自投裝置動作，合上10kV分段521開關。現場檢查發現#1主變變低10kV母線橋A相避雷器瓷瓶頂端及放電計數器外殼有放電痕跡及擊穿現象，A相瓷瓶有明顯裂紋。A相避雷器閥片被電流擊穿、開裂，并有明顯工頻電流擊穿和流通痕跡。

文章以瓷套式氧化鋅避雷器為例，論述避雷器在日常巡視中的注意事項，如何發現早期存在的缺陷，避免設備造成嚴重的損壞。

1 避雷器結構

110kV變低母線橋避雷器參數：

型號：YH5WZ-17/45；額定電壓：17kV；持續運行電壓：13.6kV。

1.1 避雷器整體結構

瓷套式氧化鋅避雷器主要由瓷質外套、連接端金具、壓緊彈簧、氧化鋅電阻閥片組成（圖1）。

圖1

1.2 避雷器頂部結構（圖2）

圖2

1.3 填充物

在電阻片與外套之間填充了特制的石英砂，作用是消除空氣間隙，提高內部耐壓，防止內部閃絡。

2 避雷器工作原理

避雷器的主要結構是由金屬氧化物非線性電阻片，它主要成分是Zn0。Zn0是目前為止發現的最好的非線性電阻特性材料，使在正常工作電壓時流過避雷器的電流極小（微安或毫安級），當過電壓作用時，電阻急劇下降，泄放過電壓的能量，達到保護的效果。這種避雷器和傳統的避雷器的差異是它沒有放電間隙，利用Zn0的非線性特性起到泄流和開斷的作用。它具有泄漏電流小、動作速度快和吸收能量大的優點。它的動作特性曲線如圖3。

3 避雷器常見的故障

（1）避雷器常在室外環境下運行，經歷著風吹日曬，外部瓷套受到污穢及潮氣影響，導致避雷器表面的電位分布不均勻，從而在其內部閥片與外部瓷套之間形成電位差，導致二者之間出現電流，電位差的增大也會導致相對電流的增加，使得閥片被高溫燒熔，導致避雷器的損壞。（2）避雷器內部元器件受潮。內部受潮就是在密封件老化（占避雷器故障80%以上）、熱脹冷縮等作用下，瓷套上的空隙擴大收縮，潮氣進入內部以后就出現比外壁受潮更嚴重的徑向電流，使避雷器損壞的幾率大大增加。（3）氧化鋅閥片老化引起一系列故障。在一些電網中有一些冶金等產生大量諧波的企業，這樣會加速氧化鋅閥片老化，同時電網的其他原因和制造商在制造產品的時候品控不嚴格也會使閥片老化現象更加嚴重。氧化鋅閥片老化會加速避雷器的性能退化，防止過電壓性能大大降低，嚴重威脅電網的安全運行。（4）外部沖擊。雷擊電流過大。目前根據國家標準，避雷器能承受45kA雷電流沖擊即為合格，大型避雷器生產廠家的產品一般能承受65kA的雷電流沖擊。但根據雷電數據統計，大自然有10%的雷擊電流超過100kA。若被這些大電流的雷電擊中，避雷器就會被擊穿。（5）內部過電壓超載。由于操作、調壓不及時、接地故障等原因造成系統長時間過電壓，避雷器會被擊穿，具體數據見表1。（6）避雷器爆炸。主要是避雷器在受到一系列影響情況下導致的避雷器的爆炸現象。

表1

4 110kV花卉站#1主變變低避雷器解體情況

以上現象都驗證了對三相避雷器的檢測結果（表2）。

表2

5 故障原因分析

如果Zn0避雷器內部受潮，電阻片通過阻性電流引起發熱，使電阻片溫度升高，將潮氣趕出，形成微量水分，從而加大了ZnO避雷器內腔的相對濕度。當環境溫度降低時，密封在ZnO避雷器內地水分會遇冷凝結吸附在電阻片和瓷套內壁表面，造成電阻片泄漏電流增大，當潮氣增多時，通過ZnO避雷器內的閥片電流迅速增大，導致部分ZnO避雷器內腔壁和閥片外側面產生樹狀放電，另一部分通過受潮閥片內部放電，而該部分閥片的電壓較高，導致發熱破裂，產生的巨大能量能引起金屬ZnO避雷器爆炸。

在和班組人員解剖此避雷器時，發現A相避雷器內部電阻片被擊穿，瓷瓶有裂痕，電阻片燒毀，頂部金具和底部計數器有放電痕跡。說明水分已經從ZnO避雷器絕緣外套內壁到達接地端。再把ZnO避雷器的外套解開，發現絕緣外套與避雷器閥片密封不嚴，水分很容易從頂部到達底部，也是避雷器絕緣電阻降低的主要原因。

受潮原因分析。避雷器由于頂部金屬蓋密封老化，與外套之間的縫隙封堵不嚴或封堵老化開裂，導致水汽進到避雷器內部，造成內部絕緣降低放電。

6 防止避雷器故障的對策

（1）認真做好設備選型。在變電站設計階段就要綜合考慮電網環境、當地環境情況，認真做好設備的選型。同時在設備選型的時候要對廠家進行嚴格篩選，并加強設備出廠前及安裝前的檢測，防止有缺陷的產品進站。（2）檢查避雷器各密封處是否良好，如瓷套與法蘭的結合處是否嚴密，發現有裂痕或破裂，應進行更換，已放置密封不良使避雷器內部受潮而在運行中發生故障。（3）檢查避雷器外觀是否完好無損，有無銹蝕，基座是否牢固，瓷套等外絕緣有無裂紋或損傷，有無閃絡放電痕跡。若有嚴重裂紋損傷或閃絡放電痕跡，則應拆下更新，最好是三組一起更換，避免沒更換的避雷器因使用壽命關系比新更換的避雷器提前損壞。（4）加強避雷器運行管理，建立避雷器檔案。檢查動作計數器的動作情況，記錄它的動作次數。除此外，還要注意檢查動作記錄器有無損壞，連接線是否牢固，動作計數器內部有無積水。（5）檢查避雷器內部有無異常聲音。在工頻電壓下避雷器內部是沒有聲音的。若運行中避雷器內部有異常聲音，如

的放電聲等，應視為內部故障的先兆。因此一旦發生此現象，應立即將避雷器退出運行，進行檢查和電氣試驗，以防發生嚴重故障。除了檢查異常聲音外，還要注意檢查避雷器有無異常震動和異味。（6）檢查與避雷器連接的導線以及接地引線接頭是否牢固，接觸是否良好，有無松動、斷線等現象，接頭有無燒傷、發紅等現象。若發現嚴重過熱現象，已危及安全運行時，須將避雷器停運檢修。（7）防污穢工作。設備在日常運行中必然會遇到灰塵、鳥糞等的污穢，在維護工作中就要做到嚴謹仔細，在停電時及時清理，做好防污穢措施。

7 用紅外測溫設備發現早期缺陷

對于運行中的避雷器，利用紅外測溫儀測出的避雷器表面各部分的溫度進行相間、上下元件間和同類設備間的相互比較，建立測溫圖片及數據分析的基礎庫，根據熱像特征發現有不正常的發熱或不正常的溫度分布，可判斷為避雷器有缺陷，應引起注意，進行跟蹤監測或停電進行其它試驗，以免故障進一步惡化而引起事故的發生。

案例一：110kV長山坳站#1主變變低避雷器在紅外測溫時發現A相和B相均有發熱現象，且與正常相相比溫差相差20多攝氏度，立即將缺陷情況反饋至檢修部.檢修部在負荷較輕時申請將#1主變轉檢修，檢查發現避雷器B相上端將軍帽有松脫的現象，繼續運行有可能造成避雷器因發熱而爆炸。

測溫圖示如下（圖8）。

通過檢修班更換新的避雷器后，設備運行正常。

案例二：110kV民治站通過紅外測溫，發現#2主變變低母線橋避雷器A相發熱溫度52.3℃，正常相溫度為36℃；B相除了發熱外，還有污閃閃絡的情況。發現缺陷后已將缺陷上報至檢修部，檢修部建議繼續運行，進一步觀察缺陷發展情況。

測溫圖示如下（圖9）。

圖9

案例三：110kV牛湖站通過紅外測溫，發現#2主變變低母線橋避雷器A、B相發熱46.9℃和46.8℃，正常相溫度為29.4℃. 發現缺陷后已將缺陷上報至檢修部，檢修部建議繼續運行，進一步觀察缺陷發展情況。

測溫圖示如下（圖10）。

圖10

8 避雷器的改進對策

避雷器在生產工藝上，可采用現有的工藝改善避雷器的防水性能，提出以下建議供生產商參考。

（1）改進避雷器頂部金具設計，形成一個平面或者是凸起面，減少頂部積水的幾率。（2）改進密封時使用的密封材料，延長使用壽命，減少密封膠老化造成設備受潮的幾率。（3）將閥片和絕緣套進行一體化封裝制作，徹底的避免受潮的可能。

9 結束語

通過一起避雷器爆炸的案例足以引起我們對變低避雷器運行情況的重視。日常巡視的過程中采用正常巡視和紅外測溫相結合的方法可有效檢查出避雷器的運行狀況。實際的生產案例說明在發現避雷器有發熱情況后，要持續跟蹤缺陷的發展情況，及時處理缺陷，避免避雷器故障惡化。在運行一段時間后避雷器內部容易受潮是缺陷出現的根本原因，在和廠家溝通的時候，建議改善避雷器的防水性能。