一起安裝和設計問題導致的避雷器防爆膜破裂隱患分析

于曉翔

（福建億力集團有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

金屬氧化物避雷器有優異的伏安特性和保護性能，在電力系統中已得到廣泛應用，但常因內部受潮引發故障，根源多集中在避雷器橡膠外套老化、密封膠老化或內部抽真空不徹底［1-8］等，而本文提出的避雷器內部受潮案例為極罕見的基建安裝和結構設計缺陷共同導致，難以通過傳統技術發現，具有十分重要的參考意義。

現行的《國家電網有限公司十八項電網重大反事故措施》14.6.3.2規定：對運行15年及以上的避雷器應重點跟蹤泄漏電流的變化，停運后應重點檢查壓力釋放板是否有銹蝕或破損［9］。但實際案例表明，避雷器內部故障發生最終環節多作用于防爆膜，僅檢查壓力釋放板無法準確反映防爆膜的好壞，故在年檢過程中亟需運用一種無損技術對防爆膜狀況進行檢查。

2019年以來，福建省大規模推廣無線內窺鏡技術用于防爆膜狀況檢查工作，使用過程中將內窺鏡探頭從壓力釋放板處伸入避雷器內部，通過WIFI將內部圖像實時傳輸至手機，可直觀檢查防爆膜狀況的好壞，具有成本低、操作簡單的特點，并取得了顯著成果

1 隱患發現經過

1.1 內窺鏡檢查避雷器防爆膜情況

2020年4月13日，某500 kV變電站進行220 kV某線路間隔年檢，試驗人員在三相避雷器電氣試驗數據合格后（數據如表1 所示），運用內窺鏡技術對避雷器防爆膜狀況進行檢查，發現三相避雷器上節法蘭壓板均存在不同程度的銹蝕現象（如圖1所示）。

圖1 法蘭壓板銹蝕Fig.1 Corrosion of flange plate

表1 避雷器電氣試驗數據Table 1 Electrical test data of lightning arrester

該避雷器為國內某廠家生產，型號為：Y10W-204/532W，2008年7月出廠后至今，停電試驗、帶電測試及在線監測數據均無異常。

1.2 開蓋檢查情況

為確定避雷器內部法蘭壓板銹蝕程度和防爆膜狀況，試驗人員隨即對三相避雷器進行了開蓋檢查，發現存在以下問題：

1）基建安裝不規范

該避雷器上接線蓋板為四螺栓絲孔規格，而連接的導線線夾為兩螺栓絲孔規格（如圖2 所示），基建階段在導線線夾加工過程中未按圖施工，導致上接線蓋板剩余的兩螺栓絲孔日常均處于敞開狀態，雨水從中進入避雷器內部。

圖2 避雷器基建安裝不規范Fig.2 Non-standard installation of lightning arrester infrastructure

2）廠家結構設計不合理

打開三相避雷器上接線蓋板后，發現內部法蘭壓板均存在不同的銹蝕（如圖3-圖5 所示），與內窺鏡觀察圖像相符，其中A 相避雷器上節法蘭壓板銹蝕面積較大，B、C 相避雷器法蘭壓板部分銹蝕。三相避雷器防爆膜表面均存在鐵銹，同時C 相避雷器防爆膜處殘留有一定的積水。經鏟除表面鐵銹后，確認防爆膜暫未發生破裂。

圖3 A相避雷器內部銹蝕情況Fig.3 Corrosion inside Phase A arrester

圖5 C相避雷器內部銹蝕情況Fig.5 Corrosion inside Phase C arrester

2 過程推演及原因分析

2.1 過程推演

為推演隱患發展過程，現場選取其中一相避雷器清理銹蝕后進行模擬實驗，通過從避雷器上接線蓋板空余的螺栓絲孔處倒入一定數量的礦泉水，發現水流進入避雷器內部后，會在防爆膜所處凹槽處積水（與圖5中C相避雷器狀況相似）→積水高過該凹槽后向法蘭壓板表面發展→積水覆蓋法蘭壓板→通過排水孔排出部分積水→法蘭壓板表面殘余的水分導致銹蝕發展（與圖4中B相避雷器狀況相似）→銹蝕發展至防爆膜（與圖3 中A 相避雷器狀況相似），推演發展過程與經排序后的圖5→圖4→圖3照片相吻合。

圖4 B相避雷器內部銹蝕情況Fig.4 Corrosion inside Phase B arrester

2.2 原因分析

該避雷器與國內某其他廠家生產的Y20W-420/950 型避雷器結構進行比對，發現二者存在結構設計差異，一是Y20W-420/950 型避雷器在防爆膜和法蘭壓板上方設有與其等徑的防雨罩（如圖6 所示），可阻擋上方滲入的雨水，問題避雷器無防雨罩設計；二是Y20W-420/950 型避雷器防爆膜所在水平面高過法蘭壓板（如圖7所示），如滲入雨水會自然流向法蘭壓板，后經排水孔排出，大幅降低銹蝕概率，問題避雷器防爆膜處為凹槽設計，積水后會蔓延至法蘭壓板表面，促使銹蝕現象發生。

圖6 Y20W-420/950型避雷器法蘭壓板防雨罩Fig.6 Rain cover of flange plate of Y20W-420/950 arrester

圖7 Y20W-420/950型避雷器防爆膜Fig.7 Bursting diaphragm of Y20W-420/950 arrester

3 結論

本次發現問題的10W-204/532W型避雷器基建安裝不規范，線夾未按圖施工，導致避雷器內部進水隱患。同時該型號避雷器廠家結構設計不合理，法蘭壓板和防爆膜上方未設計防雨封板，防爆膜水平面高度低于法蘭壓板，易形成積水凹槽，造成銹蝕隱患。

該型號避雷器防爆膜位于兩層法蘭壓板之間，一旦上壓板發生銹蝕后會膨脹變形，膨脹力作用于防爆膜上后，防爆膜受到一個向下的剪切力，當形變足夠大時就會漲破防爆膜，使避雷器的密封被破壞，導致避雷器內部受潮，絕緣強度迅速下降，從而發生內部擊穿。

經咨詢廠家，2013年后該廠避雷器的改型已在防爆膜表面使用一層鋁膜覆蓋，并使用防水膠封堵（如圖8所示），同時在防爆膜及法蘭壓板上方加裝了防雨罩（如圖9 所示），并對避雷器法蘭壓板材質配方進行調整，加強抗腐蝕性。

圖8 改進型避雷器內部結構1Fig.8 Internal structure(1)of improved arrester

圖9 改進型避雷器內部結構2Fig.9 Internal structure(2)of improved arrester

4 處理措施及建議

4.1 處理措施

對發現問題的避雷器現場進行了除銹處理，在上接線蓋板、法蘭壓板、防爆膜表面涂抹二硫化鉬，并在上接線蓋板四周和螺栓絲孔涂抹了防水材料（如圖10和圖11所示）。

圖10 處理后的避雷器1 Fig.10 The treated arrester(1)

圖11 處理后的避雷器2Fig.11 The treated arrester(2)

運用無人機排查，發現該變電站同批次安裝的5個同廠家間隔避雷器均存在同類問題，制定當年停電計劃，在采取上述措施處理的基礎上，將原四孔接線蓋板更換為新設計的雙孔接線蓋板（如圖12所示），提升防水防潮性能，在運期間加強設備帶電檢測及紅外測溫工作，次年對該型號避雷器統一進行技改更換。

圖12 雙孔接線蓋板Fig.12 Double-hole wiring cover plate

4.2 建議

針對本次案例提出相關建議：

1）避雷器廠家在設計相關結構時應充分考慮防爆膜及法蘭壓板進水受潮的可能，設計多種措施防雨防潮；

2）現場驗收應對關鍵的隱蔽環節拍照留檔，條件具備時使用無人機等新技術進行輔助；

3）設備運行過程中，加強在線監測和帶電測試技術運用，及時發現各類設備隱患；

4）設備年檢過程中，在執行十八項反措的基礎上，推廣運用內窺鏡技術對避雷器防爆膜進行檢查，同時搜集不同型號避雷器的內部設計結構，杜絕相關隱患。