配网避雷器保护失效的场路结合分析

配网避雷器保护失效的场路结合分析

兰保国

内蒙古电力（集团）有限责任公司鄂尔多斯供电分公司 内蒙古鄂尔多斯017000

摘要：在雷雨季节10kV变电因台区本身或附近线路受雷击而导致的一次设备损坏故障时有发生。变电台区安装有避雷器，在一定情况下，即使避雷器正常动作，也将发生台区设备尤其是变压器的损坏，这就是避雷器保护失效。

关键词：配网；避雷器；保护失效

前言

对于工频人地电流，台区接地引线和接地体在散流时不会在接地引线和接地体的不同位置产生明显的电位差，而在雷电冲击作用下，接地体会出现复杂的过渡过程，接地引线和接地体的不同位置将会出现明显的电位差异。不了解雷电冲击作用下接地体的响应特性，就可能在变电台区接地上采用错误的方式，从而导致雷电直击变电台区或其近区线路时出现避雷器保护失效的情况。

1避雷器本体及支撑间隙损坏原因分析

1.1220kv甲线避雷器

由剖检试验可知，试品Ａ故障避雷器内部阀片与外层环氧筒之间无固体绝缘填充物，阀片与氧筒间空腔中充满空气。存在以下问题：1）在工厂封装时，因环境中存在一定湿度，试品Ａ内部封装的空气介质本身就带有一定的潮气。2）在其封装过程中可能存在密封不紧的情况，在呼吸作用下，投运后其内部空气进一步受潮。3）试品Ａ支撑件长期受导线震动影响带动本体震动，导致其内部气流扰动进而加剧了呼吸作用。因试品Ａ内部空气受潮，其绝缘性能急剧下降，雷电流击穿支撑间隙致避雷器动作后，其内部潮湿空气被击穿，造成避雷器本体炸裂，工频续流通过横担接地导致线路跳闸。因此，分析认为该次避雷器击穿的原因为其内部结构缺陷所致。

1.2220kv乙线避雷器

1.2.1避雷器炸裂引起跳闸原因分析由试品Ｃ故障节外观可知，故障节发生了压力释放，即避雷器上节内部绝缘在雷电过电压的冲击下发生了短路击穿，内部电弧引起填充物、环氧材料等物质气化产生高压将避雷器的压力释放口冲开。从解体试验的电阻片破坏情况看，电阻片符合热故障工况的破坏，说明同时有工频续流流过避雷器。从连接法兰上的放电痕迹看，有明显烧融情况，说明从法兰到下部放电环处有电弧引发。从上节避雷器断裂的断口看有电弧烧黑的痕迹，说明断口有工频续流。分析认为，在220kv乙线０８３号Ｃ相遭受雷击后，雷电过电压导致避雷器间隙放电，雷电流流经避雷器，上节避雷器发生内部短路，引发避雷器本体压力释放孔动作，在工频电弧灼烧下避雷器的环氧管端部断裂；压力释放时避雷器（包括绝缘子间隙部分）遭受的冲击力非常大，使得下节避雷器端部与间隙支撑绝缘子连接的球头螺栓螺纹根部断裂，避雷器串断成３段，其中避雷器上下两节在冲击力的作用下带弧下坠，在坠落过程中，法兰对间隙环部分放电，将下节元件短路，形成外部短路通道，引起线路跳闸。避雷器脱开挂点到下坠至一定距离后，电弧熄灭，线路接地故障消除，重合闸重合成功。下坠过程中由于冲击力比较大，下节避雷器与地面物体碰撞，使下节外套留下了刮擦痕迹。

1.2.2避雷器炸裂原因分析

从雷电定位查询记录来看，本次雷电流－１９ｋＡ，该相避雷器曾经动作２次，查询雷电定位系统历史数据，其雷电流幅值分别为－２５ｋＡ和－３９．３ｋＡ，且都存在回击情况。分析认为，故障避雷器上节在此次雷击损坏之前，其内部绝缘强度就已下降，当再一次遭受雷击时，避雷器上节彻底发生短路击穿，进而导致炸裂。由试品Ｃ非故障节和试品Ｄ电气试验可知，同批次试品直流泄漏电流及阀片通流能力满足相关规程要求，因此可排除整批阀片质量问题。根据运行经验和查询文献，内部绝缘降低有以下２种可能：1）避雷器经过多年运行，由于结构老化的原因，出现内部受潮情况，但从此次解剖的情况看，没有找到避雷器内部锈蚀痕迹和漏点通道，因此可排除受潮损坏；2）避雷器的电阻片装配中，有可能存在人工个别因素（比如振动、磕碰），个别电阻片表面受损，工人在检查过程中漏检，而该情况在做出厂试验中较难发现，在运行中如遭受雷击，该片电阻片会发生闪络，其周围电阻片受闪络电弧影响，可能破损导致绝缘下降，多次雷击（含回击）后导致避雷器内部绝缘强度低值。分析认为本次避雷器炸裂可能是原因２）导致。

1.3220kv丙线避雷器支撑间隙

220kv丙线试品Ｅ本体外观及电气试验均满足标准要求，因此可以排除线路跳闸时试品Ｅ正常动作，应存在其他放电通道。巡视发现，220kv丙线塔身靠Ｃ相侧下曲臂由下往上第３个连接点存在明显放电痕迹，试品Ｅ上端采用夹具与横担角铁连接，试品Ｅ可在与塔窗在同一平面内，以横担悬挂点为中心左右摆动。结合试验和现场情况，分析认为，220kv丙线０４３号Ｃ相避雷器支撑间隙损坏及线路跳闸的原因是：在极端恶劣的雷雨大风天气下，大风首先使得Ｃ相导线发生风偏，与导线相连的支撑间隙带动避雷器偏转，支撑间隙均压环与塔身间隙变小，此时导线遭受雷击过电压，避雷器支撑间隙被过电压击穿，支撑间隙靠避雷器本体侧均压环与塔身间距不足，导致该均压环与塔身之间空气间隙被击穿形成放电通道，工频续流造成均压环烧损。

2避雷器选型及运行维护建议

2.1设计选型

1）220kv甲线ＸＡ厂家供货批次避雷器底座3个小支柱绝缘子外侧与底座法兰盘外沿处于同一垂直平面，这种结构使得小支柱绝缘子与底座外沿所在垂直平面较容易形成雨帘，有可能使计数器漏动作，建议将小支柱绝缘子向底座中心缩进，使其外侧与底座外沿错位；或者采取其他工艺，如弃用小支柱绝缘子，采取整体工艺。2）避雷器动作计数器宜采用两位数的指针式大表盘计数器，220kv丙线ＸＣ厂家供货批次避雷器计数器采用的是站内避雷器表头，运行中因数字太小、距离太远难以统计读数。有条件的单位可采用双表盘，即采用引线将一个表盘安装至塔身中下部，便于运行统计读数。3）建议优先选用环氧筒与阀片间填充有非空气绝缘介质的避雷器，同时加强避雷器内部阀片侧面的防爬电处理。

2.2生产安装

1）建议加强阀片组装过程的工艺控制，轻拿轻放避免磕伤、碰伤阀片，提高阀片组合的整齐和紧密度。2）避雷器安装前应对具体待安装杆位进行现场查勘，根据厂家推荐的安装方式进行校核，必须满足风偏和带电作业及运维要求。若厂家配套的金具无法满足现场安装要求，应联系厂家更换。

2.3运行维护

1）加强避雷器的运维管理①完善线路避雷器基础台账数据，按照避雷器投运年限编制运行、维护计划。②每年在雷雨季节前后，统计避雷器计数器的动作次数，并对计数器开展动作试验，对不满足运行要求的计数器及时更换。③结合日常巡视和例行停电检修，对避雷器开展外观检查，包括外绝缘状态、连接构件状态等，对有疑问的应及时检测、校核，并对不满足要求的及时更换。2）常态化开展线路避雷器的运行抽样试验，可按以下原则开展：①建议以线路避雷器放电次数达到20次作为基准值，若避雷器在运行过程中动作次数超过20次，运行单位应进行逐个预防性试验。②对动作次数不到20次，但运行年限满8年时，也应进行抽样预防性试验，抽样比例参考复合绝缘子标准进行；运行年限超过8年后应缩短预防性试验周期，时间建议为3年。

结束语

避雷器电气性能是满足相关法规要求，不存在质量问题。避雷器在系统过电压、过电流、外力受损或安装接触不良、运行环境较差（污秽与潮湿）等不利因素作用下，使避雷器投运前已处于一种受损状态。随后在超过避雷器耐受电压，内部短路，温度骤增的情况下，产生高温电弧破坏避雷器芯体及电阻片外绝缘层，引起避雷器电阻片侧面闪络，大量的热量使气体急剧膨胀，巨大的能量来不及释放，促使其内部结构遭到破坏，引起避雷器损坏。

参考文献：

［１］巢亚锋，彭详，聂辉辉，陈平，李雄杰．±５００ｋＶ线路避雷器运行情况及其绝缘底座缺陷分析与建议［Ｊ］．高压电器，２０１７，５３（７）：１８７－１９１．

［２］孙晓东，李瑞芳，曹晓斌，等．金属氧化物避雷器对地铁高架桥段接触轨线路防雷的影响［Ｊ］．高压电器，２０１９，５５（０３）：１２７－１３３．