對一起過電壓保護器爆炸故障的分析

摘 要：中油煤層氣林村變電站某開關的一組三相組合式過電壓保護器發生爆炸。是什么原因導致過電壓保護器爆炸？有什么辦法減少爆炸發生？本文通過分析過電壓保護器爆炸的原因，得出了解決該問題的技術關鍵點，在實際應用中效果明顯。

關鍵詞：過電壓保護器；爆炸；避雷器；閥片；保護間隙

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 16-0000-01

山西煤層氣分公司現有4座35kV變電站，其中林村變電站，建在山上，輸電線路長，分支多，自然及天氣環境復雜，設備和線路常常遭受惡劣天氣的侵襲。

一、過電壓保護器爆炸故障

某日，山風驟起，林村站某開關出線線路在風中不停擺動，其下側的一條地方線路也在風中劇烈震動。突然兩條線路碰觸，造成開關電流二段動作，三相組合式過電壓保護器爆炸。

工作人員對過電壓保護器進行詳細檢查，結果如下：

（1）過電壓保護器A相外層復合絕緣燒壞，內部閥片脫離本體，銜接上引線的金屬體有大電流流過的燒灼痕跡。

（2）B相從外向內燒出一個洞，外部復合絕緣層被燒毀，但是B相閥片完好。

（3）C相外層硅橡膠復合絕緣有燒灼的痕跡。內部未見明顯傷痕。如圖1。

什么原因導致過電壓保護器爆炸？需要了解一下過電壓保護器的發展歷史和工作原理。

二、過電壓保護器初步了解

按避雷器的發展分階段來看，第一階段是羊角形保護間隙；第二階段是SiC避雷器；第三階段是ZnO避雷器；第四階段就是過電壓保護器。過電壓保護器是目前較為新式的一種防雷、防過電壓設備。

（1）從組成結構上看，過電壓保護器主要由ZnO閥片和自吹間隙等組成，外套采用硅橡膠復合絕緣，整體硫化全封閉模壓一次成形，高壓引出線采用硅橡膠高壓電纜，安裝和檢修起來都很方便。

（2）從保護的對象看，普通的避雷器具有很好的防雷功能，但是對真空斷路器操作過電壓的危害防護效果不顯著。而過電壓保護器采用三相四柱組合式結構，主要是防止真空斷路器操作過電壓對設備的侵害，同時兼有防雷功能，常用于保護35KV及以下電力系統的發電機、變壓器、開關、母線、電動機等電氣設備的絕緣免受過電壓的損害。另外，傳統避雷器每相使用一只獨立的避雷器，只能做到單相保護，而過電壓保護器采用組合式結構，既可以做到相對地保護，也可以做到相間保護。

三、此次故障分析

（1）從圖2看到A相閥片已經解體并脫離保護器器身，且A相是從內向外被燒出一個大洞。

（2）從圖2看到A相閥片有被電流燒灼的痕跡。

（3）從圖1看到B相雖然被燒灼的很厲害，但并未剝離，且內部閥片完好，未見被電流燒灼的痕跡。說明該相是從外向內被燒灼的。

（4）從圖1看到C相絕緣的內層還是好的。說明C相內部沒有損壞。

（5）分析事故的過程為：A相從內部發生爆炸，并使閥片脫落，所產生的電弧和爆炸產生的熱量將緊鄰的B相外絕緣嚴重燒毀，并繼續將內絕緣燒熔，但是并沒燒到閥片。熱浪掃過C相，將C相外絕緣燒壞，但是沒有傷到內絕緣。

進一步分析結果：首先發生單相接地故障，造成出線二次過負荷。根據規定，電網允許單相接地時間在1-2個小時之間。這就要求避雷器閥片在規定的范圍內通流能力要好。而開關的過電壓保護器的A相內部出現了大電流流過的痕跡，閥片兩端出現大電流通過后的放電斑痕，說明A相通流能力差。其次，剝開內部來看，在閥片的金屬附件上有銹斑，說明閥片受潮。而這兩個重要缺陷的存在，導致線路故障時，保護器無法正常工作，造成熱崩潰，引起內部氣體膨脹，發生爆炸。

從上面的實例我們看到，過電壓保護器是否出現此類爆炸，主要原因決定于ZnO閥片的通流質量和受潮程度。盡管ZnO閥片具有良好的非線性，但是在正常電壓運行下，仍然會有泄漏電流流過閥片，電流中的有功分量使閥片受熱，閥片的伏安特性發生改變，長期運行將導致ZnO閥片老化，最終出現熱擊穿。其次，過電壓保護器內部受潮也會導致閥片性能改變，工頻電流增加，損耗加劇，甚至內部發生放電。

四、改進措施

（一）技術措施

將變電站的保護器由的TBP型統一更換成JPTHY型保護器。因為JPT型保護器的間隙方式為保護器的三相被壓膜成為封閉的一體，采用了三棱體式間隙結構，將放電間隙的數量降到1，相間過電壓和相地過電壓過程均由一個間隙完成，從而降低了分布電容和雜散電容對放電數值的影響。另外，間隙和ZnO閥片采用分別裝置的方式，較好解決了ZnO閥片的密封受潮和防爆問題。

（二）管理措施

加強對過電壓保護器的試驗檢查。目前對對保護器的試驗方法主要是絕緣電阻檢測，1mA電流時的直流電壓值U1mA，75%U1mA時的泄漏電流值。這些試驗都是針對ZnO閥片受潮后，導致泄漏電流增大的原理進行的，是判斷保護器好壞的重要手段。但是，ZnO閥片受潮是一個緩慢發展的過程，故障不易被發現，需要工作人員在長期的設備運行中，仔細觀察，認真比對。

五、結束語

通過上述對過電壓保護器的改進，經過一段時間的運行，再沒發生類似爆炸故障。

參考文獻：

[1]唐以政，殷明.供電系統特高壓試驗的工程應用研究[J].科技創新導報，2010（01）.