一起220kV避雷器爆炸原因分析及防范措施

张 竞，陈艳华

（1.国网江西省电力有限公司电力科学研究院，江西 南昌 330096；2.国网江西省电力有限公司，江西 南昌 330077）

0 引言

金属氧化物避雷器具有保护比小、通流容量大、稳定性能好等优点，从而取代传统碳化硅避雷器成为我国电力系统重要组成部分[1-3]。然而，在运行中，氧化锌避雷器的爆炸事故时有发生。对电力系统安全稳定运行产生较大影响。

本文针对一起220 kV避雷器爆炸事故。以停电试验结合现场检查的方式最终认定了避雷器自身缺陷导致避雷器内部受潮是造成该次爆炸事故的主要原因。最后，结合变电站实际运行情况提出了一些预防措施及改进建议，认为及时发现避雷器受潮、老化是避免故障发生的一种重要手段。

1 故障经过

2018年4月5日，某变电站2号主变220 kV避雷器B相本体上节外套发生粉碎性爆炸，导致B相引下线与A相短接，继而造成相间短路，2号主变跳闸停运。

故障的B相避雷器型号为Y10W-200/520W，于1994年8月出厂，1996年5月投运。2号主变三相避雷器属同一厂家、同一型号、同一批次产品。故障前，2号主变无检修，设备无操作，查阅雷电定位系统，当天全省范围内均未有落雷。可排除雷击及操作引起过电压而导致避雷器爆炸。

2 现场检查情况及故障原因分析

事故发生后，对爆炸的B相避雷器进行现场检查发现避雷器上节已完全炸裂，见图1。

图1 B相避雷器上节爆炸现场图

B相上、下节避雷器内绝缘筒、阀片外表、支持绝缘子内壁等处均沾满黑色灰碳（见图2-5）；

图2 氧化锌电阻片及其他构件

图3 B相下节内腔图

图4 A、B两相避雷器芯柱

图5 B相避雷器环氧树脂玻璃筒

B相避雷器下端压紧件侧密封端面锈蚀且密封圈缺失，A相避雷器上端面侧及其压紧件侧的密封圈有明显锈迹斑（见图6-8）。

图6 B下节密封处及压力弹簧

图7 A相上节密封处

A相避雷器的密封圈在长时间运行下，密封橡皮老化。

图8 A相避雷器瓷外套

通过查看遗留在现场的上节瓷套碎片和解体其他两相避雷器，爆炸相的瓷套管外表面污秽较严重且存在明显的凸点；且上端面侧及其压紧件侧的密封圈有明显锈迹斑，其密封性能已严重受损，避雷器内部存在受潮。同时，由于瓷套管为脆性材料，无贯穿性损坏，短时期内不会造成运行参数立即变化，但偶遇突发能量或运行环境的突变，会造成瓷外套损坏。

3 例行试验结果分析

查阅2号主变220 kV出线侧避雷器例行试验报告，具体数据如表1：

表1 直流泄漏电流试验数据

试验结果显示，2号主变220 kV侧B相避雷器2017年的0.75倍直流1mA电压下泄漏电流较初始值及2016年测试值明显变大，A相、B相两相避雷器的U1mA与初始值相比，A相下节、B相上下两节初值差分别为12.52%、17.91%、20.59%。均不满足GB11032中规定的U1mA初值差不超过±5%的要求。

A相、B相避雷器2017年的全电流测试值分别为831μA、810μA，如表2所示，与初始值相比分别增加了17.37%、32.14%，超过标准规定上限20%，阻性电流分别为157 μA、114 μA，与初始值相比分别增加了61.86%、10.68%，超过标准规定上限50%。

表2 运行中持续电流检测

2016~2017年三相避雷器的绝缘电阻有较明显的下降，如表3所示，最大下降达到69.23%。

表3 避雷器底座绝缘电阻测试数据

试验数据表明，B相避雷器0.75倍直流1 mA参考电压下避雷器的三相泄漏电流明显偏大，虽其值仍在标准范围内[4]，但比对该设备近三年历史数据，其与初值差已超过规定中的上限30%。运行中持续电流增加会使得电阻片发热。同时，避雷器本体的绝缘电阻阻值呈明显变小趋势。综合考虑试验报告数据，可推测出该设备内部存在受潮或绝缘老化。

综合上述调查及试验数据结果可知，2号主变220 kV出线侧避雷器B相主要是由于投运时间较长（已运行22年），密封圈腐蚀严重，其密封性能已不能满足要求，长时间运行中密封性能最终破坏，水汽进入避雷器密封腔内[5]，导致避雷器芯体受潮劣化；并且瓷套式氧化锌避雷器内部空腔较大，在环境温度冷热循环变化下，内部空气膨胀或收缩形成了呼吸作用，致使原来存在的微小漏孔扩大，潮气逐步侵入，加速了电阻阀片的绝缘劣化，继而运行时的泄漏电流不断增大，形成避雷器阀片柱表面和避雷器瓷套内壁表面放电，强烈的放电能量引起了避雷器爆炸。

4 结语

为尽可能地避免避雷器爆炸故障再次发生，建议采取如下防范措施：

1）从本次事故分析来看，虽然A、B两相避雷器运行中的持续电流未达到标准要求的“阻性电流初值差≤50%，且全电流初值差≤20%”的上限[4]，同时泄漏电流也未超过标准上限（50 μA），但两者均出现了明显增长，表明避雷器内部绝缘已经开始劣化，应引起足够的重视。因此，在判断避雷器状态的时候，不能仅关注试验数据有没有超过标准值，还应关注其增长趋势；

2）目前，试验规程里没有本体绝缘电阻的试验项目和要求，但是通过本次事故分析，发现当本体绝缘电阻下降较为明显时，也可反映出避雷器内部绝缘问题，可做为避雷器状态诊断的辅助项目之一；

3）加强设备巡视力度，精确记录避雷器的泄漏电流及动作次数，当同样运行条件下泄漏电流明显变化时，应进行综合分析；利用红外热成像仪对避雷器的热像图谱进行分析，发现有不正常的发热或不正常的温度分布时，应引起注意，进行跟踪监测或停电试验，以免故障进一步恶化；动态跟踪设备健康状态，及时消除隐患；

4）严格按照规程要求进行停电试验和带电测试工作，在带电测试过程中，应加强对影响测试精度的因素进行分析，特别是仪器使用方面，当绝缘电阻和泄漏电流的阻性分量发生明显变化时，应根据波形及阻性电流变化的幅度正确推断是否发生内部受潮；对运行年限较长的避雷器应加强设备巡视、缩短停电试验和带电测试的周期。