一起110kV主变变低避雷器故障分析及对策

杨翔翼

摘 要：一起因主变变低避雷器A相顶部金具与外套之间的缝隙封堵不严或封堵老化开裂，导致水汽进到避雷器内部，在瞬时过电压的情况下，避雷器内部击穿故障导致主变比率差动保护动作跳闸。

关键词：避雷器；绝缘；故障分析；对策

引言

2013年4月21日23点24分38秒，110kV花卉站#1主变比率差动保护动作，跳开变高1101，变低501开关，10kV备自投装置动作，合上10kV分段521开关。现场检查发现#1主变变低10kV母线桥A相避雷器瓷瓶顶端及放电计数器外壳有放电痕迹及击穿现象，A相瓷瓶有明显裂纹。A相避雷器阀片被电流击穿、开裂，并有明显工频电流击穿和流通痕迹。

文章以瓷套式氧化锌避雷器为例，论述避雷器在日常巡视中的注意事项，如何发现早期存在的缺陷，避免设备造成严重的损坏。

1 避雷器结构

110kV变低母线桥避雷器参数：

型号：YH5WZ-17/45；额定电压：17kV；持续运行电压：13.6kV。

1.1 避雷器整体结构

瓷套式氧化锌避雷器主要由瓷质外套、连接端金具、压紧弹簧、氧化锌电阻阀片组成（图1）。

图1

1.2 避雷器顶部结构（图2）

图2

1.3 填充物

在电阻片与外套之间填充了特制的石英砂，作用是消除空气间隙，提高内部耐压，防止内部闪络。

2 避雷器工作原理

避雷器的主要结构是由金属氧化物非线性电阻片，它主要成分是Zn0。Zn0是目前为止发现的最好的非线性电阻特性材料，使在正常工作电压时流过避雷器的电流极小（微安或毫安级），当过电压作用时，电阻急剧下降，泄放过电压的能量，达到保护的效果。这种避雷器和传统的避雷器的差异是它没有放电间隙，利用Zn0的非线性特性起到泄流和开断的作用。它具有泄漏电流小、动作速度快和吸收能量大的优点。它的动作特性曲线如图3。

3 避雷器常见的故障

（1）避雷器常在室外环境下运行，经历着风吹日晒，外部瓷套受到污秽及潮气影响，导致避雷器表面的电位分布不均匀，从而在其内部阀片与外部瓷套之间形成电位差，导致二者之间出现电流，电位差的增大也会导致相对电流的增加，使得阀片被高温烧熔，导致避雷器的损坏。（2）避雷器内部元器件受潮。内部受潮就是在密封件老化（占避雷器故障80%以上）、热胀冷缩等作用下，瓷套上的空隙扩大收缩，潮气进入内部以后就出现比外壁受潮更严重的径向电流，使避雷器损坏的几率大大增加。（3）氧化锌阀片老化引起一系列故障。在一些电网中有一些冶金等产生大量谐波的企业，这样会加速氧化锌阀片老化，同时电网的其他原因和制造商在制造产品的时候品控不严格也会使阀片老化现象更加严重。氧化锌阀片老化会加速避雷器的性能退化，防止过电压性能大大降低，严重威胁电网的安全运行。（4）外部冲击。雷击电流过大。目前根据国家标准，避雷器能承受45kA雷电流冲击即为合格，大型避雷器生产厂家的产品一般能承受65kA的雷电流冲击。但根据雷电数据统计，大自然有10%的雷击电流超过100kA。若被这些大电流的雷电击中，避雷器就会被击穿。（5）内部过电压超载。由于操作、调压不及时、接地故障等原因造成系统长时间过电压，避雷器会被击穿，具体数据见表1。（6）避雷器爆炸。主要是避雷器在受到一系列影响情况下导致的避雷器的爆炸现象。

表1

4 110kV花卉站#1主变变低避雷器解体情况

以上现象都验证了对三相避雷器的检测结果（表2）。

表2

5 故障原因分析

如果Zn0避雷器内部受潮，电阻片通过阻性电流引起发热，使电阻片温度升高，将潮气赶出，形成微量水分，从而加大了ZnO避雷器内腔的相对湿度。当环境温度降低时，密封在ZnO避雷器内地水分会遇冷凝结吸附在电阻片和瓷套内壁表面，造成电阻片泄漏电流增大，当潮气增多时，通过ZnO避雷器内的阀片电流迅速增大，导致部分ZnO避雷器内腔壁和阀片外侧面产生树状放电，另一部分通过受潮阀片内部放电，而该部分阀片的电压较高，导致发热破裂，产生的巨大能量能引起金属ZnO避雷器爆炸。

在和班组人员解剖此避雷器时，发现A相避雷器内部电阻片被击穿，瓷瓶有裂痕，电阻片烧毁，顶部金具和底部计数器有放电痕迹。说明水分已经从ZnO避雷器绝缘外套内壁到达接地端。再把ZnO避雷器的外套解开，发现绝缘外套与避雷器阀片密封不严，水分很容易从顶部到达底部，也是避雷器绝缘电阻降低的主要原因。

受潮原因分析。避雷器由于顶部金属盖密封老化，与外套之间的缝隙封堵不严或封堵老化开裂，导致水汽进到避雷器内部，造成内部绝缘降低放电。

6 防止避雷器故障的对策

（1）认真做好设备选型。在变电站设计阶段就要综合考虑电网环境、当地环境情况，认真做好设备的选型。同时在设备选型的时候要对厂家进行严格筛选，并加强设备出厂前及安装前的检测，防止有缺陷的产品进站。（2）检查避雷器各密封处是否良好，如瓷套与法兰的结合处是否严密，发现有裂痕或破裂，应进行更换，已放置密封不良使避雷器内部受潮而在运行中发生故障。（3）检查避雷器外观是否完好无损，有无锈蚀，基座是否牢固，瓷套等外绝缘有无裂纹或损伤，有无闪络放电痕迹。若有严重裂纹损伤或闪络放电痕迹，则应拆下更新，最好是三组一起更换，避免没更换的避雷器因使用寿命关系比新更换的避雷器提前损坏。（4）加强避雷器运行管理，建立避雷器档案。检查动作计数器的动作情况，记录它的动作次数。除此外，还要注意检查动作记录器有无损坏，连接线是否牢固，动作计数器内部有无积水。（5）检查避雷器内部有无异常声音。在工频电压下避雷器内部是没有声音的。若运行中避雷器内部有异常声音，如

的放电声等，应视为内部故障的先兆。因此一旦发生此现象，应立即将避雷器退出运行，进行检查和电气试验，以防发生严重故障。除了检查異常声音外，还要注意检查避雷器有无异常震动和异味。（6）检查与避雷器连接的导线以及接地引线接头是否牢固，接触是否良好，有无松动、断线等现象，接头有无烧伤、发红等现象。若发现严重过热现象，已危及安全运行时，须将避雷器停运检修。（7）防污秽工作。设备在日常运行中必然会遇到灰尘、鸟粪等的污秽，在维护工作中就要做到严谨仔细，在停电时及时清理，做好防污秽措施。

7 用红外测温设备发现早期缺陷

对于运行中的避雷器，利用红外测温仪测出的避雷器表面各部分的温度进行相间、上下元件间和同类设备间的相互比较，建立测温图片及数据分析的基础库，根据热像特征发现有不正常的发热或不正常的温度分布，可判断为避雷器有缺陷，应引起注意，进行跟踪监测或停电进行其它试验，以免故障进一步恶化而引起事故的发生。

案例一：110kV长山坳站#1主变变低避雷器在红外测温时发现A相和B相均有发热现象，且与正常相相比温差相差20多摄氏度，立即将缺陷情况反馈至检修部.检修部在负荷较轻时申请将#1主变转检修，检查发现避雷器B相上端将军帽有松脱的现象，继续运行有可能造成避雷器因发热而爆炸。

测温图示如下（图8）。

通过检修班更换新的避雷器后，设备运行正常。

案例二：110kV民治站通过红外测温，发现#2主变变低母线桥避雷器A相发热温度52.3℃，正常相温度为36℃；B相除了发热外，还有污闪闪络的情况。发现缺陷后已将缺陷上报至检修部，检修部建议继续运行，进一步观察缺陷发展情况。

测温图示如下（图9）。

图9

案例三：110kV牛湖站通过红外测温，发现#2主变变低母线桥避雷器A、B相发热46.9℃和46.8℃，正常相温度为29.4℃. 发现缺陷后已将缺陷上报至检修部，檢修部建议继续运行，进一步观察缺陷发展情况。

测温图示如下（图10）。

图10

8 避雷器的改进对策

避雷器在生产工艺上，可采用现有的工艺改善避雷器的防水性能，提出以下建议供生产商参考。

（1）改进避雷器顶部金具设计，形成一个平面或者是凸起面，减少顶部积水的几率。（2）改进密封时使用的密封材料，延长使用寿命，减少密封胶老化造成设备受潮的几率。（3）将阀片和绝缘套进行一体化封装制作，彻底的避免受潮的可能。

9 结束语

通过一起避雷器爆炸的案例足以引起我们对变低避雷器运行情况的重视。日常巡视的过程中采用正常巡视和红外测温相结合的方法可有效检查出避雷器的运行状况。实际的生产案例说明在发现避雷器有发热情况后，要持续跟踪缺陷的发展情况，及时处理缺陷，避免避雷器故障恶化。在运行一段时间后避雷器内部容易受潮是缺陷出现的根本原因，在和厂家沟通的时候，建议改善避雷器的防水性能。