220kV 避雷器故障致母差保護(hù)動作原因分析及防范

李彩云

（國網(wǎng)四川省電力公司 德陽供電公司，四川 德陽 618000）

1 事件經(jīng)過及處理過程

1.1 事故前變電站運行方式

事故發(fā)生前，某220kV變電站運行方式如圖1所示，其中220kV側(cè)：1號主變220kV側(cè)201開關(guān)，1S、2S、3S、4S開關(guān)運行于Ⅰ母；2號主變220kV側(cè)202開關(guān)，5S、6S、7S、8S開關(guān)運行于Ⅱ母；220kV母聯(lián)212開關(guān)并列Ⅰ、Ⅱ母運行；2號主變2029、1029中性點刀閘在合位。

圖1 某220kV 變電站系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

1.2 事故發(fā)生經(jīng)過及處理

事故發(fā)生經(jīng)過：2019年9月17日10時39分29秒，監(jiān)控后臺機(jī)發(fā)現(xiàn)某某220kV變電站220kVI母母差保護(hù)動作信號，跳開220kVI母相連的線路1S、2S、3S、4S及1號主變220kV側(cè)201和220kV母聯(lián)212開關(guān)，220kVI母母線電壓為零。經(jīng)檢查站內(nèi)設(shè)備，220kVI母PT避雷器B相有明顯放電痕跡，其他設(shè)備未發(fā)現(xiàn)異常。結(jié)合現(xiàn)場情況及故障錄波判斷為220kVI母PT避雷器B相故障引起220kVI母母差保護(hù)動作。

處理方式：按照調(diào)度指令將220kVI母PT轉(zhuǎn)檢修進(jìn)行故障隔離，合上220kV母聯(lián)212開關(guān)對220kVI母充電正常，將220kVI、Ⅱ母母線PT二次并列，將220kV母聯(lián)212開關(guān)轉(zhuǎn)死開關(guān)后，依次恢復(fù)220kV出線開關(guān)及1號主變220kV側(cè)201開關(guān)，待更換220kVI母PT避雷器后恢復(fù)220kVI母PT運行。

1.3 事故原因分析

220kVI母PT避雷器B相故障是本次母差保護(hù)動作的主要原因，通過檢查之前該避雷器帶電測試的數(shù)據(jù)，如表1所示。

避雷器帶電試驗的主要數(shù)據(jù)參數(shù)有：

Ix：全電流，對避雷器內(nèi)部元件接觸不良、受潮、老化嚴(yán)重等缺陷能有效地反映[2]。

IR：阻性電流，約為10%～20%，對于閥片的初期老化能夠靈敏地反映。

θ：電壓（U）與電流（IX）的相位角，即是IR/Ix的余弦角，一般在80～90°之間。

P：有功功率。

I1R、I3R、I5R、I7R：基波和3、5、7次諧波阻性電流。

對表1數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)B相避雷器的阻性電流IR為0.503mA、Ix全電流為0.929mA，IR占比為54%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了10%～20%的要求，A相和C相的IR占比分別33.7%，38.7%，都超過要求值，三相的余弦角θ為77.6、68.6、76.7，都低于80～90°的要求，前期避雷器內(nèi)部可能已經(jīng)有閥片受潮、老化等問題，事后檢查分析為避雷器密封失效，內(nèi)部滲水引起。測試人員在避雷器帶電測試后只是將測試數(shù)據(jù)錄入PMS系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)檢查分析不到位，未及時發(fā)現(xiàn)存在的問題，造成設(shè)備帶異常運行，以至于隱患逐漸擴(kuò)大，最終出現(xiàn)故障。

表1

2 避雷器帶電測試原理及方法介紹

2.1 避雷器帶電測試原理

氧化鋅避雷器的主要元件是氧化鋅電阻片，由多個串聯(lián)組成，并通過一定的連接方式使之固定在避雷器瓷套中，電阻片相當(dāng)于是由一個電阻和電容構(gòu)成的混聯(lián)電路。在正常運行電壓情況時，經(jīng)過避雷器的電流極小，只有幾十到幾百微安，該電流叫運行電壓下的交流泄漏電流。避雷器的交流泄漏電流大致由三部分組成：（1）流經(jīng)固定電阻片的絕緣材料的電流；（2）流經(jīng)避雷器瓷套的電流；（3）流經(jīng)氧化鋅電阻片的電流，一般情況泄漏的極大部分電流就是流經(jīng)電阻片的電流，一般來說通過電阻片的電流即為避雷器的總泄漏電流[3]。

氧化鋅避雷器的總泄漏電流包括：（1）無功分量的容性電流；（2）有功分量的阻性電流。

一般情況下，容性電流是通過避雷器的主要電流，阻性電流只有極小的一部分，大約為10%～20%，如果它內(nèi)部存在絕緣降低、電阻片特性產(chǎn)生變化的情況，阻性分量就會上升很多，但容性電流變化不明顯。阻性電流的上升會造成電阻片功率損耗上升，運行溫度也會上升，造成電阻片的老化加速。

所以，運行電壓下的阻性分量及其泄漏電流的測試是甄別避雷器運行狀態(tài)是否良好的一種重要方法。

2.2 避雷器帶電測試方法介紹

2.2.1 常用儀器

1.帶泄漏電流監(jiān)測功能避雷器計數(shù)器放電器。缺點：在劣化情況下避雷器阻性電流分量變大后，容性電流分量變小，此時避雷器阻性電流和容性電流分量變矢量相加的結(jié)果，使得顯示的避雷器劣化后的全電流并不明顯。

2.氧化鋅避雷器泄漏電流測試儀：（1）采用PT二次電壓做參考測量阻性電流，目前國內(nèi)大部分儀器都是這種原理；（2）采用電場強(qiáng)度信號做參考（感應(yīng)板法）；（3）諧波分析法。

2.2.2 氧化鋅避雷器帶電測試方法

1.測試時以精密的小電流隔離傳感器采集避雷器泄漏電流信號，用高阻隔離的精密電壓傳感器對應(yīng)相的TV二次側(cè)電壓信號，以電壓信號為相位基準(zhǔn)，利用快速傅立葉變換，分離出避雷器泄漏電流（即全電流）的阻性分量和容性分量，并對阻性電流做諧波分析，求取其3、5、7次諧波含量。測試過程中，電壓信號和電流信號應(yīng)同時采集。

2.試驗接線。

電壓信號：取自PT二次側(cè)，57-60V（一般取計量PT的B相）。

電流信號：取自避雷器計數(shù)器兩端（計數(shù)器的指針迅速指到零位）。

接地柱：地線接線端子，可靠接地。

試驗接線圖如圖2所示：

圖2

（1）測試時，同時記錄環(huán)境溫度、濕度，宜在瓷套表面干燥的時候進(jìn)行；（2）將電流線并聯(lián)在計數(shù)器兩端進(jìn)行測試（計數(shù)器的指針迅速指到零位）；（3）通常采用同一電源同一相電壓互感器二次電壓做為標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行測量（一般在PT端子箱里接線，有人監(jiān)護(hù)，防止短路）。

3 技術(shù)防范措施

3.1 實際測試數(shù)據(jù)分析判斷

每年在雷雨季節(jié)到來前對避雷器做一次帶電測試，對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，同時對往年的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。

3.1.1 縱向?qū)Ρ?/p>

相同避雷器，在同樣的外界條件下，阻性電流與上次或初始值比較應(yīng)≤30%，全電流與上次或初始值比較應(yīng)≤20%。當(dāng)阻性電流提升0.3倍時要將試驗周期縮短，同時加強(qiáng)跟蹤監(jiān)測，提升1倍時需要對其進(jìn)行停電檢查。

3.1.2 橫向?qū)Ρ?/p>

相同批次、相同廠家的避雷器，各項參數(shù)要一致，且沒有明顯差異。若阻性電流或全電流差別超過70%，即使參數(shù)不超標(biāo)，也有存在異常的可能。

3.1.3 綜合分析判斷法

若疑似避雷器的泄漏電流出現(xiàn)異常情況，應(yīng)排除各種因素的干擾同時通過精確紅外測溫、高頻局放試驗結(jié)果來綜合分析診斷，必要時要停電進(jìn)行診斷測試。

3.2 減少泄漏電流測試結(jié)果的影響因素

1.瓷套的外表面受潮污穢。瓷套外表面潮濕污穢引起的泄漏電流，在沒有加屏蔽時可以進(jìn)入試驗儀器，就會讓測試結(jié)果增大。

2.溫度。因為在小電流區(qū)域下氧化鋅電阻片有負(fù)的溫度系數(shù)，而金屬氧化物避雷器內(nèi)部空間較小，散熱環(huán)境不好，同時有功損耗也會產(chǎn)生熱量使電阻片溫度比外部環(huán)境溫度要高，這些都會增大阻性電流。

3.濕度。在濕度大的情況下，會使金屬氧化物避雷器瓷套的表面泄漏電流顯巨增大，而且使避雷器內(nèi)部閥片電位分布造成變化，造成芯體電流顯巨提升。在嚴(yán)重情況下芯體電流會上升1倍左右，瓷套表面的電流會成幾十倍上升。

4.相間干擾。三相避雷器是一字排列的，在做避雷器帶電檢測時，因為相與相之間的干擾影響，A相和C相的電流相位都會往B相的方向偏移，偏移的角度約為2°～4°左右，將造成A相的阻性電流上升，而C相會變小甚至為負(fù)。但相間干擾是固定的，只要對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向比較，就能較好地反映金屬氧化物避雷器的運行情況。

5.電網(wǎng)諧波。電網(wǎng)中的電壓諧波，能在避雷器內(nèi)制造諧波電流，可能造成不能精準(zhǔn)測試避雷器自身的諧波電流[4]。

同時選取的不同參考電壓方法及測試點電磁場等都會對測試結(jié)果有影響，所以只有在外部環(huán)境適宜且方法相同的情況下對避雷器進(jìn)行帶電測試，才能達(dá)到更好的效果。

3.3 加強(qiáng)培訓(xùn)及管理

每年定期開展帶電檢測工作培訓(xùn)，提高班組人員帶電檢測工作技術(shù)水平，增強(qiáng)其發(fā)現(xiàn)問題的能力。

管理人員加強(qiáng)對帶電檢測工作的管理，在檢測工作結(jié)束后組織對檢測數(shù)據(jù)的檢查、分析和判斷，及時安排對異常問題的處置和匯報，發(fā)揮帶電檢測應(yīng)有的作用。

4 結(jié)語

避雷器在變電站電氣設(shè)備運行中起著很大的保護(hù)作用，每年在雷雨嚴(yán)重的季節(jié)到來之前，對其進(jìn)行測試是保證電氣設(shè)備正常運行的必要前提工作。而避雷器帶電測試可以對設(shè)備在運行狀態(tài)下進(jìn)行阻性泄漏電流測量，以便及早發(fā)現(xiàn)它內(nèi)部絕緣的閥片老化、受潮情況等危急缺陷，及時將它的故障扼殺在萌芽時期，為系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行夯實基礎(chǔ)。