變電站避雷器常見故障分析與處理

吳躍龍

（貴州省安龍供電局，貴州 安龍 552400）

引言

在有效分析變電站避雷器故障問題過程，應該深入工作實際，積極探索相關的故障因素，從而才能結合實際，制定更加完善的處理策略。

一、避雷器的工作原理、分類及作用

避雷器使被保護設備免受雷電沖擊波襲擊的設備，當沿線路傳入變電站的雷電沖擊波超過避雷器保護水平時，避雷器首先放電，并將雷電流經過良導體安全的引入大地，利用接地裝置使雷電壓幅值限制在被保護設備雷電沖擊波以下，使電氣設備受到保護。有時也稱為過電壓保護器，過電壓限制器，浪涌保護器、電涌保護器、防雷器等。有高壓和低壓之分，從組合結構分為間隙類、放電管類、壓敏電阻類（氧化鋅型）、抑制二極管類、壓敏電阻和氣體放電管組合類、碳化硅（閥式）類。作用是釋放過電壓能量，通過并聯放電間隙或非線性電阻的作用，對入侵流動波進行削幅，降低被保護設備所受過電壓值，從而起到保護電氣設備免受雷電過電壓、操作過電壓、工頻暫態過電壓沖擊而損壞的一種電器。類型主要有管型（保護間隙）、閥型和氧化鋅型避雷器，閥型與氧化鋅型避雷器用于變電站和發電廠的保護，在500KV及以下系統主要用于限制大氣過電壓，在超高壓系統中還將用來限制內過電壓或操作內過電壓的后備保護。保護間隙主要用于限制大氣過電壓，一般用于配電系統、線路和變電站進線段保護。避雷器通常連接在電網導線與地線之間，然而有時也連接在電器繞組旁或導線之間。

二、避雷器比較常見的故障及原因分析

（一）避雷器常見的故障

1.避雷器接地體斷落。接地好否直接關系到避雷系統的性能，不管是直接雷、感應雷或其他形式的雷，都將通過接地裝置將電荷泄放到大地，使其與大地的異種電荷中和，因此沒有合理而良好的接地裝置就不能有效地防雷。接地體本身電阻其阻值與接地體幾何尺寸和材質有關，接地體表面與土壤的接觸電阻，其阻值和土壤的性質、顆粒、含水量及土壤與接地體的接觸面積及接觸緊密程度有關。防雷接地電阻值要求大電流接地系統接地電阻應符合R≤2000/IΩ，當I＞4000A時可取R≤0.5Ω，小電流接地系統當用于1kV以下設備時，接地電阻應符合R≤125/IΩ，當用于1kV以上設備時，接地電阻R≤250/IΩ，任何情況下不應大于10歐。防雷接地裝置引下線可采用鍍鋅圓鋼或扁鋼，兩端按規定的焊接長度焊接達到電連接。鍍鋅扁鋼焊接不小于其寬度的2倍，三面施焊，當扁鋼寬度不同時，搭接長度以寬的為準。鍍鋅圓鋼焊接為其直徑的6倍并應雙面施焊，當直徑不同時，搭接長度以直徑大的為準。鍍鋅圓鋼與扁鋼連接時其長度為圓鋼直徑的6倍。所以造成接地體或引下線斷落或接觸不良的原因可能有安裝焊接施工工藝差，接地材質質量差，環境污染銹蝕嚴重，外力破壞等。

2.外部運行環境的變化導致避雷器外部絕緣瓷套受污或潮，進而導致表面出現不均勻的電位分布，加大了內部閥片相差于外部瓷套的電位差，有電流存在于避雷器夾縫中。其電位差可能大大增加了設備設計時工作可承受的電壓值，進而增大了相對電流，加速閥片可熔率，出現高溫燒熔內部零件的問題，受外力破壞引起瓷套破損、炸裂、閃絡放電等出現嚴重的損壞問題。

3.外部條件導致避雷器內部元器件受潮，檢查避雷器上端引線處密封是否良好，避雷器密封不良會進水受潮易引起事故，因而應檢查瓷套與法蘭連接處的水泥接合縫是否嚴密，在熱脹冷縮的影響下，增加了內套空隙可收縮性，導致大量潮氣侵襲內部，出現徑向電流問題，大大增加了避雷器失效的可能性。

4.年久失修等原因導致ZnO閥片等零件設備出現老化，在冶金環境中，受大量諧波企業影響，加速損害ZnO閥片，零件設備老化嚴重。制造時出現質量不達標等問題，也會加劇閥片老化現象。當ZnO閥片出現老化問題時，避雷器退化加速，大大降低了可承受的電壓性能，導致電網運行安全受到威脅。

5.避雷器受到雷電雷擊、電網暫態過電壓等外力沖擊導致瞬間經過避雷器的電流量過大，導致出現超過設計值的熱量，瞬間致使避雷器失效。產品質量達不到要求或設計選型達不到要求，導流能力低下引起爆炸等。

6.在極端惡劣環境天氣的影響下、一系列原因導致變電站避雷器出現了爆炸現象。

7.放電記數器或監測儀故障或記數不準，泄漏電流指示超標。

（二）產生故障的原因

1.產品質量不過關 部分避雷器故障原因是制造商偷工減料或制作工藝差導致設備密封不合格、閥片質量不過關，缺乏嚴格的出產前檢查，導致隱患存在，運行過程中不斷凸顯，危害極大。

2.缺乏合理的設計 在變電站原始設計時，未充分考慮電網的發展與未來規劃，部分企業在生產中會產生一定的干擾波頻，在設計時并未充分考慮，最終導致設備不能承載相應的環境壓力，進而出現設備故障。

3.缺乏嚴格的監管維護 避雷器運行過程中，運維不到位，走過場，檢修不按計劃開展、受潮受污染等。監管不到位，將導致隱患難以被及時發現、解決，最初釀成惡果。

4.缺乏完善監測系統 現階段部分變電站已對避雷器實施實時監控，可監測在線故障，但相關體系仍缺乏運行經驗，部分故障設備未能及時被發現。

5.外套污染 在運營環境中，常常受到空氣、粉塵、灰塵的影響，導致氧化鋅類避雷器易受污染，尤其是在環境特殊的冶金廠周邊，粉塵金屬比例過大導致外套表面被嚴重污染，導致電流不能均勻的在外套表面傳輸，增加了電阻片運用的壓力，繼而導致電阻片內流過的電流大于正常數值，降低了避雷器的電壓吸收能力，加速電阻片裂化、加重其劣化程度。

6.較差的抗沖擊能力 大部分避雷器在處理過電壓時，或在雷電天氣條件下會出現故障。原因之一便是電阻片在制造過程中就存在一定的工藝質量不過關，控制點不嚴密導致電阻片有較弱的抗沖能力，在此狀況下，不斷的吸收過電壓能量，加大了電阻片的損害程度，加速其劣化進而使其不能發揮技術性能。

7.放電記數器或監測儀故障 它是監測避雷器放電動作次數的一種高壓電器，由非線性電阻、電磁記數器和一些電子元件構成。正常運行電壓下，流過記數器的漏電流非常小，記數器不動作。當避雷器通過雷電波、操作波和工頻過電壓時，強大的工作電流從記數器的非線性電阻通過，經過直流變換，對電磁線圈放電而使記數器吸動一次，來實現測量避雷器動作次數的裝置。在結構上采用電阻片取壓，電磁線圈動作，記數器顯示，透明玻璃罩、密封橡皮墊、底座及法蘭等進行卡裝密封，高壓出線端從底板中心引出。因此，由于密封不良，動作記數器在運行中可能進入潮氣或水分，使內部元件銹蝕，導致記數器不能正常動作，記數不準確。

三、對策和措施

目前常用的避雷設備是金屬氧化鋅避雷器，對保護主設備安全及電網的穩定有著及其重要的作用。為保證氧化鋅避雷器的安全運行及時發現或檢測出氧化鋅避雷器的此類故障，應做好以下工作。

（一）精選設計

應首選有多年穩定運行實踐的產品。在選擇生產廠時，應選擇有先進的工藝設備和完善的檢測手段的生產廠，才能保證所選用的氧化鋅避雷器具有良好的抗老化、耐沖擊性能，在壽命周期內穩定運行。

（二）在線監測

增設在線監測儀，并加強對在線監測儀的巡檢力度，特別是在雷雨后和易發生故障的部位增加巡檢次數。

（三）防污措施

采取必要的防污措施，如定期清掃或涂防污閃硅油。選用防污瓷套型氧化鋅避雷器。

（四）治理諧波

加強電網諧波的治理力度，在有諧波源的母線段增設動態無功補償和濾波裝置，以使電網的高次諧波值控制在國家標準范圍內。

（五）技術管理

加強對氧化鋅避雷器的技術管理，即對運行在網上的每一只氧化鋅避雷器建立技術檔案，對出廠報告、定期測試報告及在線監測儀的運行記錄，均要存入技術檔案，直至避雷器退出運行。

（六）定期運維檢修

定期對避雷器進行巡視維護管理，記數器表面觀察孔上的玻璃有灰塵影響觀察時，可用布或紙擦去灰塵，不可用撞擊，以免造成損壞，玻璃內一旦發現有結露，或水珠產生，則說明密封性能已遭破壞，應更換處理。定期抄錄泄漏電流值，前后比較變化情況，毫安表有指示，若在綠色范圍內，說明瓷套表面的泄漏電流和污穢程度不嚴重。若在粉紅色范圍內，在晴天的情況下，表面污穢開始逐步加重，如果增加到紅色范圍內則說明污穢很嚴重，請及時清潔。在雨天或霧天，毫安表指示普遍增大，紅色發光管全部發亮，這說明是瓷套外的表面泄流電流增加所引起的。指示值明顯變小時，則可能是絕緣底座絕緣下降或監測器內部元件損壞，可用萬用表交流電壓檔測量監測器兩端電壓區分，若低于3V或低至無電壓，說明表頭或監測器內部元件已壞，針對發現的問題及時處理。在雷雨后應檢查記數器的動作情況，檢查泄漏電流，工頻放電電壓大于或小于標準值時，應進行檢修和試驗，放電記數器動作次數過多時，應進行檢修。瓷套及水泥接合處有裂紋，法蘭盤和橡皮墊有脫落時，應進行檢修。巡視檢查避雷器本體清潔度，各連接部分連接牢靠，基礎無變形現象，接地體或引下線無銹蝕斷落焊接牢固。定期開展氧化鋅避雷器紅外檢測工作，每月不少一次。在每年雷雨季節前，應對避雷器進行帶電測試合格，按規定應每年雨季前檢驗1次，現場檢驗記數器動作的方法有直流法、交流法和標準沖擊電流法。研究表明，以標準沖擊電流法最為可靠。將沖擊電流發生器發生的電流幅值100A（波形8／20μs）的沖擊電流波作用于動作記數器，連續測試3～5次，每次應正常動作，每次時間間隔不少于30s，否則應解體檢修，測試后記錄器應歸零。

結束語：

總之，在變電站運行過程，要保證避雷器不受各種因素干擾，相關運維技術人員應該積極進行有效實踐，從而提出科學防范措施，進一步加強變電站避雷器管理水平，從而保證變電站安全可靠穩定運行。