220kV避雷器故障致母差保護動作原因分析及防范

李彩云

摘 要 避雷器在變電站內是主要保護設備避免遭受雷電沖擊波襲擊的設備[1]。當沿線路傳入變電站的雷電沖擊波超過避雷器的保護水平時，避雷器就會放電，并且及時將雷電流通過良導體引至大地，通過接地裝置使雷電壓幅值控制在被保護設備雷電沖擊水平之下，使其得到保護。避雷器的帶電測試是將避雷器在運行狀態下的泄漏電流進行采樣分析，通過分析數據的特征量對避雷器的設備狀態及可靠性進行推測，判斷它的運行狀態是否良好，及早發現它內部存在的隱患。本文就因避雷器故障對電測試數據分析不到位，引起母差保護動作進行了分析，并提出了有效的防范措施。

關鍵詞 避雷器 帶電測試 母差保護動作

中圖分類號：TM4 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）02-0013-04

1 事件經過及處理過程

1.1 事故前變電站運行方式

事故發生前，某220kV變電站運行方式如圖1所示，其中220kV側：1號主變220kV側201開關，1S、2S、3S、4S開關運行于Ⅰ母;2號主變220kV側202開關，5S、6S、7S、8S開關運行于Ⅱ母;220kV母聯212開關并列Ⅰ、Ⅱ母運行;2號主變2029、1029中性點刀閘在合位。

1.2 事故發生經過及處理

事故發生經過：2019年9月17日10時39分29秒，監控后臺機發現某某220kV變電站220kVI母母差保護動作信號，跳開220kVI母相連的線路1S、2S、3S、4S及1號主變220kV側201和220kV母聯212開關，220kVI母母線電壓為零。經檢查站內設備，220kVI母PT避雷器B相有明顯放電痕跡，其他設備未發現異常。結合現場情況及故障錄波判斷為220kVI母PT避雷器B相故障引起220kVI母母差保護動作。

處理方式：按照調度指令將220kVI母PT轉檢修進行故障隔離，合上220kV母聯212開關對220kVI母充電正常，將220kVI、Ⅱ母母線PT二次并列，將220kV母聯212開關轉死開關后，依次恢復220kV出線開關及1號主變220kV側201開關，待更換220kVI母PT避雷器后恢復220kVI母PT運行。

1.3 事故原因分析

220kVI母PT避雷器B相故障是本次母差保護動作的主要原因，通過檢查之前該避雷器帶電測試的數據，如表1所示。

避雷器帶電試驗的主要數據參數有：

Ix：全電流，對避雷器內部元件接觸不良、受潮、老化嚴重等缺陷能有效地反映[2]。

IR：阻性電流，約為10%～20%，對于閥片的初期老化能夠靈敏地反映。

θ：電壓（U）與電流（IX）的相位角，即是IR/ Ix的余弦角，一般在80～90°之間。

P：有功功率。

I1R、I3R、I5R、I7R：基波和3、5、7次諧波阻性電流。

對表1數據進行分析，發現B相避雷器的阻性電流IR為0.503mA、Ix全電流為0.929mA，IR占比為54%，遠遠超過了10%～20%的要求，A相和C相的IR占比分別33.7%，38.7%，都超過要求值，三相的余弦角θ為77.6、68.6、76.7，都低于80～90°的要求，前期避雷器內部可能已經有閥片受潮、老化等問題，事后檢查分析為避雷器密封失效，內部滲水引起。測試人員在避雷器帶電測試后只是將測試數據錄入PMS系統，對數據檢查分析不到位，未及時發現存在的問題，造成設備帶異常運行，以至于隱患逐漸擴大，最終出現故障。

2 避雷器帶電測試原理及方法介紹

2.1 避雷器帶電測試原理

氧化鋅避雷器的主要元件是氧化鋅電阻片，由多個串聯組成，并通過一定的連接方式使之固定在避雷器瓷套中，電阻片相當于是由一個電阻和電容構成的混聯電路。在正常運行電壓情況時，經過避雷器的電流極小，只有幾十到幾百微安，該電流叫運行電壓下的交流泄漏電流。避雷器的交流泄漏電流大致由三部分組成：（1）流經固定電阻片的絕緣材料的電流;（2）流經避雷器瓷套的電流;（3）流經氧化鋅電阻片的電流，一般情況泄漏的極大部分電流就是流經電阻片的電流，一般來說通過電阻片的電流即為避雷器的總泄漏電流[3]。

氧化鋅避雷器的總泄漏電流包括：（1）無功分量的容性電流;（2）有功分量的阻性電流。

一般情況下，容性電流是通過避雷器的主要電流，阻性電流只有極小的一部分，大約為10%～20%，如果它內部存在絕緣降低、電阻片特性產生變化的情況，阻性分量就會上升很多，但容性電流變化不明顯。阻性電流的上升會造成電阻片功率損耗上升，運行溫度也會上升，造成電阻片的老化加速。

所以，運行電壓下的阻性分量及其泄漏電流的測試是甄別避雷器運行狀態是否良好的一種重要方法。

2.2 避雷器帶電測試方法介紹

2.2.1 常用儀器

1.帶泄漏電流監測功能避雷器計數器放電器。缺點：在劣化情況下避雷器阻性電流分量變大后，容性電流分量變小，此時避雷器阻性電流和容性電流分量變矢量相加的結果，使得顯示的避雷器劣化后的全電流并不明顯。

2.氧化鋅避雷器泄漏電流測試儀：（1）采用PT二次電壓做參考測量阻性電流，目前國內大部分儀器都是這種原理;（2）采用電場強度信號做參考（感應板法）;（3）諧波分析法。

2.2.2 氧化鋅避雷器帶電測試方法

1.測試時以精密的小電流隔離傳感器采集避雷器泄漏電流信號，用高阻隔離的精密電壓傳感器對應相的TV二次側電壓信號，以電壓信號為相位基準，利用快速傅立葉變換，分離出避雷器泄漏電流（即全電流）的阻性分量和容性分量，并對阻性電流做諧波分析，求取其3、5、7次諧波含量。測試過程中，電壓信號和電流信號應同時采集。

2.試驗接線。

電壓信號：取自PT二次側，57-60V（一般取計量PT的B相）。

電流信號：取自避雷器計數器兩端（計數器的指針迅速指到零位）。

接地柱：地線接線端子，可靠接地。

試驗接線圖如圖2所示：

（1）測試時，同時記錄環境溫度、濕度，宜在瓷套表面干燥的時候進行;（2）將電流線并聯在計數器兩端進行測試（計數器的指針迅速指到零位）;（3）通常采用同一電源同一相電壓互感器二次電壓做為標準電壓進行測量（一般在PT端子箱里接線，有人監護，防止短路）。

3 技術防范措施

3.1 實際測試數據分析判斷

每年在雷雨季節到來前對避雷器做一次帶電測試，對測試數據進行判斷，同時對往年的數據進行對比分析。

3.1.1 縱向對比

相同避雷器，在同樣的外界條件下，阻性電流與上次或初始值比較應≤30%，全電流與上次或初始值比較應≤20%。當阻性電流提升0.3倍時要將試驗周期縮短，同時加強跟蹤監測，提升1倍時需要對其進行停電檢查。

3.1.2 橫向對比

相同批次、相同廠家的避雷器，各項參數要一致，且沒有明顯差異。若阻性電流或全電流差別超過70%，即使參數不超標，也有存在異常的可能。

3.1.3 綜合分析判斷法

若疑似避雷器的泄漏電流出現異常情況，應排除各種因素的干擾同時通過精確紅外測溫、高頻局放試驗結果來綜合分析診斷，必要時要停電進行診斷測試。

3.2 減少泄漏電流測試結果的影響因素

1.瓷套的外表面受潮污穢。瓷套外表面潮濕污穢引起的泄漏電流，在沒有加屏蔽時可以進入試驗儀器，就會讓測試結果增大。

2.溫度。因為在小電流區域下氧化鋅電阻片有負的溫度系數，而金屬氧化物避雷器內部空間較小，散熱環境不好，同時有功損耗也會產生熱量使電阻片溫度比外部環境溫度要高，這些都會增大阻性電流。

3.濕度。在濕度大的情況下，會使金屬氧化物避雷器瓷套的表面泄漏電流顯巨增大，而且使避雷器內部閥片電位分布造成變化，造成芯體電流顯巨提升。在嚴重情況下芯體電流會上升1倍左右，瓷套表面的電流會成幾十倍上升。

4.相間干擾。三相避雷器是一字排列的，在做避雷器帶電檢測時，因為相與相之間的干擾影響，A相和C相的電流相位都會往B相的方向偏移，偏移的角度約為2°～4°左右，將造成A相的阻性電流上升，而C相會變小甚至為負。但相間干擾是固定的，只要對歷史數據進行縱向比較，就能較好地反映金屬氧化物避雷器的運行情況。

5.電網諧波。電網中的電壓諧波，能在避雷器內制造諧波電流，可能造成不能精準測試避雷器自身的諧波電流[4]。

同時選取的不同參考電壓方法及測試點電磁場等都會對測試結果有影響，所以只有在外部環境適宜且方法相同的情況下對避雷器進行帶電測試，才能達到更好的效果。

3.3 加強培訓及管理

每年定期開展帶電檢測工作培訓，提高班組人員帶電檢測工作技術水平，增強其發現問題的能力。

管理人員加強對帶電檢測工作的管理，在檢測工作結束后組織對檢測數據的檢查、分析和判斷，及時安排對異常問題的處置和匯報，發揮帶電檢測應有的作用。

4 結語

避雷器在變電站電氣設備運行中起著很大的保護作用，每年在雷雨嚴重的季節到來之前，對其進行測試是保證電氣設備正常運行的必要前提工作。而避雷器帶電測試可以對設備在運行狀態下進行阻性泄漏電流測量，以便及早發現它內部絕緣的閥片老化、受潮情況等危急缺陷，及時將它的故障扼殺在萌芽時期，為系統的安全穩定運行夯實基礎。

參考文獻：

[1] 雷紅才，漆銘均.避雷器及開關類設備[M].北京：中國電力出版社，2016.

[2] 付彥冰.帶電檢測及診斷技術在高壓電氣設備中的應用及研究[D].東南大學，2017.

[3] 同[2].

[4] 國家電網公司.國家電網公司變電檢測通用管理規定（第16分冊）泄漏電流檢測細則[S].2016.