變電站避雷針隱患分析及治理措施

胡加瑞，周挺，劉純，李文波，龍毅，陳紅冬(.國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙40007；.國網(wǎng)湖南省電力公司，湖南長沙40004)

變電站避雷針隱患分析及治理措施

胡加瑞1，周挺2，劉純1，李文波1，龍毅1，陳紅冬1
(1.國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007；2.國網(wǎng)湖南省電力公司，湖南長沙410004)

通過對湖南電網(wǎng)110 kV及上電壓等級變電站的3 687根避雷針查排查工作，分析并歸納了其隱患產(chǎn)生的原因，即結(jié)構(gòu)不合理、銹蝕嚴重，并提出相應的解決措施。

避雷針；隱患；結(jié)構(gòu)；銹蝕

2015年以來，國網(wǎng)甘肅、新疆等電力公司相繼發(fā)生變電站避雷針掉落事件，對電網(wǎng)安全運行造成了較大影響，同時湖南電網(wǎng)也發(fā)現(xiàn)某220 kV變獨立及構(gòu)架避雷針嚴重傾斜、某110 kV構(gòu)架避雷針斷裂等嚴重缺陷〔1－5〕。

2015年6—8月，為避免類似事件的再次發(fā)生，湖南電網(wǎng)制定了避雷針防掉落排查方案及措施，對省內(nèi)110 kV及上電壓等級變電站的共3 687根避雷針進行了排查。結(jié)果表明，共797根避雷針傾斜超標，1 615根避雷針存在銹蝕問題，存在跌落風險的避雷針為68根。

本文結(jié)合排查結(jié)果，對避雷針的服役狀況及隱患問題進行了深入統(tǒng)計分析，并提出了科學的評價、治理措施，可以對避雷針設計、運行及監(jiān)督提供參考。

1 避雷針失效原因分析

2015年來，湖南電網(wǎng)也發(fā)生多起避雷針跌落、傾斜、嚴重銹蝕缺陷，經(jīng)過試驗分析及現(xiàn)場調(diào)研，導致湖南電網(wǎng)110 kV及上電壓等級變電站避雷針產(chǎn)生傾斜及掉落的原因有如下。

1.1 結(jié)構(gòu)不合理

1)插接式避雷針筒節(jié)間配合間隙過大

目前變電站避雷針主要結(jié)構(gòu)形式為插接式，占比約為95.2%。插接式避雷針對上下節(jié)的配合間隙精度要求較高，否則易出現(xiàn)傾斜超標的問題。其上下節(jié)采用過渡筒進行連接，而過渡筒由于是錐形結(jié)構(gòu)，精度較差，配合間隙通常大于2mm，若配合間隙大于3.5mm，則間隙過大，僅能通過安裝時節(jié)與節(jié)之間采用金屬墊片、橡膠等填充物對間隙進行填充來控制傾斜度。

長期運行后，金屬墊片以及橡膠腐蝕會在大氣環(huán)境中產(chǎn)生腐蝕、減薄、老化或脫落，如圖1所示，致使避雷針上下節(jié)間隙越來越大，這是導致插接式避雷針產(chǎn)生傾斜的最主要原因。

圖1 避雷針筒節(jié)間配合間隙大

2)實際結(jié)構(gòu)與設計要求不相符

避雷針通常設計為插接式或法蘭式，但由于以往缺乏相應監(jiān)督，甚至存在避雷針的連接方式不符合設計要求或與圖紙不相符的問題。如某110 kV變電站2號獨立避雷針設計為法蘭式，但實際上下節(jié)僅通過外部扁鋼焊接進行連接，焊接部位工藝較差且防腐不到位，運行中出現(xiàn)跌落，嚴重影響了設備的安全運行。

3)緊固螺栓安裝不規(guī)范

避雷針法蘭緊固螺栓和法蘭盤螺孔直徑公差配合過大，筒節(jié)間緊固螺栓開孔過大，螺栓緊固力矩值不到位，無外部防松螺帽，螺栓無彈簧墊片。

4)基礎安裝不規(guī)范

安裝時采用填充金屬薄片調(diào)整水平度，長年運行后金屬薄片腐蝕減薄形成空隙，影響避雷針的垂直度。

1.2 嚴重銹蝕

1)避雷針基礎銹蝕

目前湖南變電站獨立避雷針基礎由于高度較高，防腐難度較大，通常檢修中未進行單獨防腐或處理。如某220 kV變電站內(nèi)4根獨立避雷針基礎防腐材料(主要是玻璃纖維布和膩子粉)均老化嚴重，內(nèi)部頂頭鐵(帽)泛紅銹，銹跡流至下部水泥桿上，造成了根部傾斜、基礎板銹穿等問題，如圖2所示。

圖2 避雷針基礎銹蝕

2)插接式避雷針筒節(jié)間銹蝕

插接式避雷針因設計原因，上下節(jié)配合間隙較大，間隙過大會引起底部積水問題，同時插接位置由于無法直接觀察，即使銹蝕減薄嚴重也無法及時發(fā)現(xiàn)，如某110 kV變電站變構(gòu)架避雷針構(gòu)在運行中斷裂，架斷裂位置即位于上下節(jié)插接處，銹蝕減薄已達50%以上，如圖3(a)所示。

為避免插接式避雷針筒節(jié)間隙過大等問題，部分施工過程中對筒節(jié)間隙進行了焊接，但現(xiàn)場焊接易造成焊縫內(nèi)側(cè)鋅層失效以及揮發(fā)，在高溫高濕的環(huán)境下焊縫內(nèi)側(cè)發(fā)生腐蝕、減薄，使針體斷裂。如某110 kV變3號避雷針斷裂位置即位于筒節(jié)間現(xiàn)場施焊處，沿焊縫內(nèi)側(cè)形成了環(huán)狀腐蝕，部分位置已由4mm減薄至0.5mm，如圖3(b)所示。因此，避雷針組裝中應嚴禁現(xiàn)場施焊。

圖3 某110 kV 3號避雷針、構(gòu)架避雷針

2 避雷針評價

通過上述分析可知，目前湖南電網(wǎng)避雷針失效由結(jié)構(gòu)不合理及銹蝕導致，處于運行階段的避雷針亟需進行狀態(tài)評價并結(jié)合評價結(jié)果進行治理。

在綜合避雷針排查大量數(shù)據(jù)及相關(guān)缺陷的基礎上，對避雷針的傾斜、銹蝕進行了大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，提出在運避雷針缺陷等級評價措施，可更加直觀、科學對其運行狀態(tài)進行評價。

針體的傾斜度評價指標:0～35mm，35～100mm，100～300mm，100～300 mm，≥300mm共4個級別，對應的評價狀態(tài)分別為正常、注意、異常、嚴重。

針體銹蝕評價指標:

1)正常狀態(tài)—針體表面鍍鋅層完好，呈正常的青灰色或青白色，螺栓、底座、基礎板、基礎無明顯銹蝕；

2)注意狀態(tài)—針體表面銹蝕達到20%及以上，或螺栓、基礎板、基礎局部銹蝕；異常狀態(tài)—針體表面銹蝕達到50%及以上，或螺栓、底座、基礎板、基礎整體銹蝕；嚴重狀態(tài)—針體表面銹蝕達到80%及以上，或螺栓銹蝕無清晰螺紋，或底座、基礎板銹蝕缺角、分層、明顯減薄，基礎表面產(chǎn)生浮銹。

3 缺陷避雷針治理措施

3.1 針體防腐及校正

銹蝕等級為異常及以下狀態(tài)可進行針體或螺栓防腐處理，銹蝕等級達到嚴重狀態(tài)的應更換。傾斜大于35mm的避雷針，應根據(jù)造成其傾斜的不同原因，采取針對性措施:①筒節(jié)間隙過大，采用鍍鋅鋼墊片調(diào)整；②緊固螺栓松動，重新緊固，若螺栓螺紋失效應將螺栓氧割后更換；③底座與基礎板連接部位松動或不平整，若有墊片應將墊片取出后重新調(diào)校；若仍無法保證安全，應更換底座。

3.2 局部加固

采用定做專用熱鍍鋅鋼固定抱箍，校正固定傾斜的兩節(jié)避雷針。鋼制固定抱箍由上下2個抱箍和2個鋼制連板組成，上下抱箍固定直徑略小于鋼管直徑，同時將銹蝕螺栓更換為8.8級熱鍍鋅螺栓。

3.3 整體更換

1)實際結(jié)構(gòu)與設計結(jié)構(gòu)不相符且結(jié)構(gòu)型式異常；

2)銹蝕程度或為嚴重狀態(tài)；

3)采取部件維護、局部加強等措施無法使傾斜度達到正常狀態(tài)。

新建避雷針應采用法蘭式、格構(gòu)式或錐形外插式結(jié)構(gòu)，其具體形式見圖4，避免使用插接式。同時，法蘭式結(jié)構(gòu)針體應插入法蘭內(nèi)焊接，法蘭焊接部位應有加強筋，針尖部分長度不大于5 m，針體厚度不小于3mm。錐形外插式結(jié)構(gòu)針體應保證插接處加工精度，且縱向焊縫應焊透。

圖4 各結(jié)構(gòu)形式避雷針

4 結(jié)論與建議

變電站避雷針斷裂及產(chǎn)生隱患的原因主要表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)不合理及銹蝕嚴重。檢修及運行過程中參考避雷針狀態(tài)評價表對其進行排查，發(fā)現(xiàn)嚴重傾斜、銹蝕及結(jié)構(gòu)不合理的應及時進行更換，可選用法蘭式、格構(gòu)式、錐形外插式，同時現(xiàn)場避雷針組裝中應嚴禁現(xiàn)場施焊，嚴格控制避雷針的傾斜度，確保電網(wǎng)設備的安全運行。

〔1〕伍斯.基于ANSYS的避雷針有限元分析〔D〕.武漢:湖北工業(yè)大學，2012.

〔2〕馬崇，程明，陳韶瑜，等.避雷針塔焊結(jié)構(gòu)極限承載風載荷研究〔J〕.焊接技術(shù)，2014，43(11):62-66.

〔3〕吳薛紅.防雷與接地技術(shù)〔M〕.北京:化學工業(yè)出版社，2008:1-9.

〔4〕張彼德，周菲菲.避雷針保護范圍教學輔助軟件開發(fā)及應用〔J〕.高等教育研究，2008，25(2):43-44.

〔5〕楊可.折線法和滾球法在變電所防雷設計中的應用〔J〕.電氣化鐵道，2011(6):17-20.

〔6〕徐賢，吳國忠，李賢，等.變電站構(gòu)架避雷針斷裂原分析及對策〔J〕.寧夏電力，2011(S):94-99.

〔7〕常江，陳韜等.測量500 kV變電站構(gòu)架傾斜的方法〔J〕.中國科技信息，2012(2):82-83.

Analysis and Maintenancemethods of Potential Danger in lightning rod at Converting Station

HU Jiarui1，ZHOU Ting2，LIU Chun1，LIWenbo1，LONG Yi1，Chen Hongdong1
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China；2.State Grid Hunan Electric Power Corporation，Changsha 410004，China)

On the base of investigation of 3 687 lightning rods in Hunan power grid，this paper summarizes the causes of potential danger，which include irrational structure and severe corrosion.It proposes some correspondingmaintenancemethods.

lightning rod；potential danger；structure；corrosion

TM862＋.1

B

1008-0198(2017)03-0076-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.03.021

2016-01-06 改回日期:2016-12-07