一起220kV避雷器爆炸原因分析及防范措施

張 競，陳艷華

（1.國網江西省電力有限公司電力科學研究院，江西 南昌 330096；2.國網江西省電力有限公司，江西 南昌 330077）

0 引言

金屬氧化物避雷器具有保護比小、通流容量大、穩定性能好等優點，從而取代傳統碳化硅避雷器成為我國電力系統重要組成部分[1-3]。然而，在運行中，氧化鋅避雷器的爆炸事故時有發生。對電力系統安全穩定運行產生較大影響。

本文針對一起220 kV避雷器爆炸事故。以停電試驗結合現場檢查的方式最終認定了避雷器自身缺陷導致避雷器內部受潮是造成該次爆炸事故的主要原因。最后，結合變電站實際運行情況提出了一些預防措施及改進建議，認為及時發現避雷器受潮、老化是避免故障發生的一種重要手段。

1 故障經過

2018年4月5日，某變電站2號主變220 kV避雷器B相本體上節外套發生粉碎性爆炸，導致B相引下線與A相短接，繼而造成相間短路，2號主變跳閘停運。

故障的B相避雷器型號為Y10W-200/520W，于1994年8月出廠，1996年5月投運。2號主變三相避雷器屬同一廠家、同一型號、同一批次產品。故障前，2號主變無檢修，設備無操作，查閱雷電定位系統，當天全省范圍內均未有落雷。可排除雷擊及操作引起過電壓而導致避雷器爆炸。

2 現場檢查情況及故障原因分析

事故發生后，對爆炸的B相避雷器進行現場檢查發現避雷器上節已完全炸裂，見圖1。

圖1 B相避雷器上節爆炸現場圖

B相上、下節避雷器內絕緣筒、閥片外表、支持絕緣子內壁等處均沾滿黑色灰碳（見圖2-5）；

圖2 氧化鋅電阻片及其他構件

圖3 B相下節內腔圖

圖4 A、B兩相避雷器芯柱

圖5 B相避雷器環氧樹脂玻璃筒

B相避雷器下端壓緊件側密封端面銹蝕且密封圈缺失，A相避雷器上端面側及其壓緊件側的密封圈有明顯銹跡斑（見圖6-8）。

圖6 B下節密封處及壓力彈簧

圖7 A相上節密封處

A相避雷器的密封圈在長時間運行下，密封橡皮老化。

圖8 A相避雷器瓷外套

通過查看遺留在現場的上節瓷套碎片和解體其他兩相避雷器，爆炸相的瓷套管外表面污穢較嚴重且存在明顯的凸點；且上端面側及其壓緊件側的密封圈有明顯銹跡斑，其密封性能已嚴重受損，避雷器內部存在受潮。同時，由于瓷套管為脆性材料，無貫穿性損壞，短時期內不會造成運行參數立即變化，但偶遇突發能量或運行環境的突變，會造成瓷外套損壞。

3 例行試驗結果分析

查閱2號主變220 kV出線側避雷器例行試驗報告，具體數據如表1：

表1 直流泄漏電流試驗數據

試驗結果顯示，2號主變220 kV側B相避雷器2017年的0.75倍直流1mA電壓下泄漏電流較初始值及2016年測試值明顯變大，A相、B相兩相避雷器的U1mA與初始值相比，A相下節、B相上下兩節初值差分別為12.52%、17.91%、20.59%。均不滿足GB11032中規定的U1mA初值差不超過±5%的要求。

A相、B相避雷器2017年的全電流測試值分別為831μA、810μA，如表2所示，與初始值相比分別增加了17.37%、32.14%，超過標準規定上限20%，阻性電流分別為157 μA、114 μA，與初始值相比分別增加了61.86%、10.68%，超過標準規定上限50%。

表2 運行中持續電流檢測

2016~2017年三相避雷器的絕緣電阻有較明顯的下降，如表3所示，最大下降達到69.23%。

表3 避雷器底座絕緣電阻測試數據

試驗數據表明，B相避雷器0.75倍直流1 mA參考電壓下避雷器的三相泄漏電流明顯偏大，雖其值仍在標準范圍內[4]，但比對該設備近三年歷史數據，其與初值差已超過規定中的上限30%。運行中持續電流增加會使得電阻片發熱。同時，避雷器本體的絕緣電阻阻值呈明顯變小趨勢。綜合考慮試驗報告數據，可推測出該設備內部存在受潮或絕緣老化。

綜合上述調查及試驗數據結果可知，2號主變220 kV出線側避雷器B相主要是由于投運時間較長（已運行22年），密封圈腐蝕嚴重，其密封性能已不能滿足要求，長時間運行中密封性能最終破壞，水汽進入避雷器密封腔內[5]，導致避雷器芯體受潮劣化；并且瓷套式氧化鋅避雷器內部空腔較大，在環境溫度冷熱循環變化下，內部空氣膨脹或收縮形成了呼吸作用，致使原來存在的微小漏孔擴大，潮氣逐步侵入，加速了電阻閥片的絕緣劣化，繼而運行時的泄漏電流不斷增大，形成避雷器閥片柱表面和避雷器瓷套內壁表面放電，強烈的放電能量引起了避雷器爆炸。

4 結語

為盡可能地避免避雷器爆炸故障再次發生，建議采取如下防范措施：

1）從本次事故分析來看，雖然A、B兩相避雷器運行中的持續電流未達到標準要求的“阻性電流初值差≤50%，且全電流初值差≤20%”的上限[4]，同時泄漏電流也未超過標準上限（50 μA），但兩者均出現了明顯增長，表明避雷器內部絕緣已經開始劣化，應引起足夠的重視。因此，在判斷避雷器狀態的時候，不能僅關注試驗數據有沒有超過標準值，還應關注其增長趨勢；

2）目前，試驗規程里沒有本體絕緣電阻的試驗項目和要求，但是通過本次事故分析，發現當本體絕緣電阻下降較為明顯時，也可反映出避雷器內部絕緣問題，可做為避雷器狀態診斷的輔助項目之一；

3）加強設備巡視力度，精確記錄避雷器的泄漏電流及動作次數，當同樣運行條件下泄漏電流明顯變化時，應進行綜合分析；利用紅外熱成像儀對避雷器的熱像圖譜進行分析，發現有不正常的發熱或不正常的溫度分布時，應引起注意，進行跟蹤監測或停電試驗，以免故障進一步惡化；動態跟蹤設備健康狀態，及時消除隱患；

4）嚴格按照規程要求進行停電試驗和帶電測試工作，在帶電測試過程中，應加強對影響測試精度的因素進行分析，特別是儀器使用方面，當絕緣電阻和泄漏電流的阻性分量發生明顯變化時，應根據波形及阻性電流變化的幅度正確推斷是否發生內部受潮；對運行年限較長的避雷器應加強設備巡視、縮短停電試驗和帶電測試的周期。