一起安装和设计问题导致的避雷器防爆膜破裂隐患分析

于晓翔

（福建亿力集团有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

金属氧化物避雷器有优异的伏安特性和保护性能，在电力系统中已得到广泛应用，但常因内部受潮引发故障，根源多集中在避雷器橡胶外套老化、密封胶老化或内部抽真空不彻底［1-8］等，而本文提出的避雷器内部受潮案例为极罕见的基建安装和结构设计缺陷共同导致，难以通过传统技术发现，具有十分重要的参考意义。

现行的《国家电网有限公司十八项电网重大反事故措施》14.6.3.2规定：对运行15年及以上的避雷器应重点跟踪泄漏电流的变化，停运后应重点检查压力释放板是否有锈蚀或破损［9］。但实际案例表明，避雷器内部故障发生最终环节多作用于防爆膜，仅检查压力释放板无法准确反映防爆膜的好坏，故在年检过程中亟需运用一种无损技术对防爆膜状况进行检查。

2019年以来，福建省大规模推广无线内窥镜技术用于防爆膜状况检查工作，使用过程中将内窥镜探头从压力释放板处伸入避雷器内部，通过WIFI将内部图像实时传输至手机，可直观检查防爆膜状况的好坏，具有成本低、操作简单的特点，并取得了显著成果

1 隐患发现经过

1.1 内窥镜检查避雷器防爆膜情况

2020年4月13日，某500 kV变电站进行220 kV某线路间隔年检，试验人员在三相避雷器电气试验数据合格后（数据如表1 所示），运用内窥镜技术对避雷器防爆膜状况进行检查，发现三相避雷器上节法兰压板均存在不同程度的锈蚀现象（如图1所示）。

图1 法兰压板锈蚀Fig.1 Corrosion of flange plate

表1 避雷器电气试验数据Table 1 Electrical test data of lightning arrester

该避雷器为国内某厂家生产，型号为：Y10W-204/532W，2008年7月出厂后至今，停电试验、带电测试及在线监测数据均无异常。

1.2 开盖检查情况

为确定避雷器内部法兰压板锈蚀程度和防爆膜状况，试验人员随即对三相避雷器进行了开盖检查，发现存在以下问题：

1）基建安装不规范

该避雷器上接线盖板为四螺栓丝孔规格，而连接的导线线夹为两螺栓丝孔规格（如图2 所示），基建阶段在导线线夹加工过程中未按图施工，导致上接线盖板剩余的两螺栓丝孔日常均处于敞开状态，雨水从中进入避雷器内部。

图2 避雷器基建安装不规范Fig.2 Non-standard installation of lightning arrester infrastructure

2）厂家结构设计不合理

打开三相避雷器上接线盖板后，发现内部法兰压板均存在不同的锈蚀（如图3-图5 所示），与内窥镜观察图像相符，其中A 相避雷器上节法兰压板锈蚀面积较大，B、C 相避雷器法兰压板部分锈蚀。三相避雷器防爆膜表面均存在铁锈，同时C 相避雷器防爆膜处残留有一定的积水。经铲除表面铁锈后，确认防爆膜暂未发生破裂。

图3 A相避雷器内部锈蚀情况Fig.3 Corrosion inside Phase A arrester

图5 C相避雷器内部锈蚀情况Fig.5 Corrosion inside Phase C arrester

2 过程推演及原因分析

2.1 过程推演

为推演隐患发展过程，现场选取其中一相避雷器清理锈蚀后进行模拟实验，通过从避雷器上接线盖板空余的螺栓丝孔处倒入一定数量的矿泉水，发现水流进入避雷器内部后，会在防爆膜所处凹槽处积水（与图5中C相避雷器状况相似）→积水高过该凹槽后向法兰压板表面发展→积水覆盖法兰压板→通过排水孔排出部分积水→法兰压板表面残余的水分导致锈蚀发展（与图4中B相避雷器状况相似）→锈蚀发展至防爆膜（与图3 中A 相避雷器状况相似），推演发展过程与经排序后的图5→图4→图3照片相吻合。

图4 B相避雷器内部锈蚀情况Fig.4 Corrosion inside Phase B arrester

2.2 原因分析

该避雷器与国内某其他厂家生产的Y20W-420/950 型避雷器结构进行比对，发现二者存在结构设计差异，一是Y20W-420/950 型避雷器在防爆膜和法兰压板上方设有与其等径的防雨罩（如图6 所示），可阻挡上方渗入的雨水，问题避雷器无防雨罩设计；二是Y20W-420/950 型避雷器防爆膜所在水平面高过法兰压板（如图7所示），如渗入雨水会自然流向法兰压板，后经排水孔排出，大幅降低锈蚀概率，问题避雷器防爆膜处为凹槽设计，积水后会蔓延至法兰压板表面，促使锈蚀现象发生。

图6 Y20W-420/950型避雷器法兰压板防雨罩Fig.6 Rain cover of flange plate of Y20W-420/950 arrester

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

3 结论

本次发现问题的10W-204/532W型避雷器基建安装不规范，线夹未按图施工，导致避雷器内部进水隐患。同时该型号避雷器厂家结构设计不合理，法兰压板和防爆膜上方未设计防雨封板，防爆膜水平面高度低于法兰压板，易形成积水凹槽，造成锈蚀隐患。

该型号避雷器防爆膜位于两层法兰压板之间，一旦上压板发生锈蚀后会膨胀变形，膨胀力作用于防爆膜上后，防爆膜受到一个向下的剪切力，当形变足够大时就会涨破防爆膜，使避雷器的密封被破坏，导致避雷器内部受潮，绝缘强度迅速下降，从而发生内部击穿。

经咨询厂家，2013年后该厂避雷器的改型已在防爆膜表面使用一层铝膜覆盖，并使用防水胶封堵（如图8所示），同时在防爆膜及法兰压板上方加装了防雨罩（如图9 所示），并对避雷器法兰压板材质配方进行调整，加强抗腐蚀性。

图8 改进型避雷器内部结构1Fig.8 Internal structure(1)of improved arrester

图9 改进型避雷器内部结构2Fig.9 Internal structure(2)of improved arrester

4 处理措施及建议

4.1 处理措施

对发现问题的避雷器现场进行了除锈处理，在上接线盖板、法兰压板、防爆膜表面涂抹二硫化钼，并在上接线盖板四周和螺栓丝孔涂抹了防水材料（如图10和图11所示）。

图10 处理后的避雷器1 Fig.10 The treated arrester(1)

图11 处理后的避雷器2Fig.11 The treated arrester(2)

运用无人机排查，发现该变电站同批次安装的5个同厂家间隔避雷器均存在同类问题，制定当年停电计划，在采取上述措施处理的基础上，将原四孔接线盖板更换为新设计的双孔接线盖板（如图12所示），提升防水防潮性能，在运期间加强设备带电检测及红外测温工作，次年对该型号避雷器统一进行技改更换。

图12 双孔接线盖板Fig.12 Double-hole wiring cover plate

4.2 建议

针对本次案例提出相关建议：

1）避雷器厂家在设计相关结构时应充分考虑防爆膜及法兰压板进水受潮的可能，设计多种措施防雨防潮；

2）现场验收应对关键的隐蔽环节拍照留档，条件具备时使用无人机等新技术进行辅助；

3）设备运行过程中，加强在线监测和带电测试技术运用，及时发现各类设备隐患；

4）设备年检过程中，在执行十八项反措的基础上，推广运用内窥镜技术对避雷器防爆膜进行检查，同时搜集不同型号避雷器的内部设计结构，杜绝相关隐患。