●李洪坤 楊雪飛 李應宏 林欣森

無間隙金屬氧化物避雷器具有伏安特性連續(xù)平坦、對過電壓響應快、結構簡單、保護性能好，以及安裝和運行檢測方便等優(yōu)點，被廣泛應用于各電壓等級變電站中，有效保障了變電站內設備的安全穩(wěn)定運行。但近年來金屬氧化物避雷器由于內部受潮、氧化鋅閥片老化、承受多重過壓沖擊造成故障的情況時有發(fā)生，嚴重影響了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行 ，且故障多發(fā)生于雷雨天氣時，增加了故障處理及檢查的危險性。本文對某500 千伏變電站內一臺線路用500 千伏避雷器在雷雨天氣發(fā)生的防爆膜動作及泄漏電流監(jiān)測儀燒損故障原因進行分析，總結同類設備后續(xù)的針對性運維措施，以供同行借鑒，提高變電站內避雷器的安全運行水平。

一、故障概況

500 千伏甲乙線連接500 千伏甲變電站、500 千伏乙變電站，全長110 千米。某日，500 千伏甲變電站、500 千伏乙變電站內500 千伏甲乙線路的斷路器B 相跳閘，重合閘動作,重合不成功，跳開三相斷路器，故障時該線路的兩側甲、乙變電站均為雷雨天氣。跳閘發(fā)生后，500 千伏乙變電站的運維人員現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)該線路避雷器B 相存在異常，避雷器瓷柱接口處的防爆膜動作呈黑色，泄漏電流監(jiān)測儀燒損，如圖1 所示。

圖1 B 相避雷器故障照片

經(jīng)檢查，對側500 千伏甲變電站的避雷器外觀檢查無異常，B 相避雷器計數(shù)器動作了2 次；500 千伏乙變電站的B 相避雷器泄漏電流監(jiān)測儀已因故障燒損，無法記錄動作次數(shù)。500 千伏乙變電站的運維人員對故障的避雷器進行紅外測溫，發(fā)現(xiàn)B 相比A、C 相溫度高6.8 攝氏度，見圖2。

圖2 B相避雷器測溫照片

故障發(fā)生后，運維單位快速反應，調配備品備件對B 相進行了搶修更換，當天即恢復了線路送電。

二、原因分析

（一）設備基本情況

故障的B 相避雷器為無間隙金屬氧化鋅避雷器，型號為Y20W-444/1106W1，額定電壓為444 千伏，2016 年11 月生產，2017 年6 月30 日投運。

金屬氧化鋅避雷器結構圖如圖3 所示。避雷器包括瓷套和上下法蘭，瓷套和法蘭之間為壓力釋放裝置、防爆膜和密封結構，瓷套內部有氧化鋅電阻片、墊片、墊筒、絕緣卡墊、支撐桿、干燥劑等組成。

圖3 避雷器結構圖

（二）運維情況分析

1.500 千伏甲乙線避雷器為Ⅲ級管控級別，符合設備風險評估結果，根據(jù)一站一冊運維策略要求，500 千伏乙變電站每月對避雷器本體、放電計數(shù)器及泄漏電流監(jiān)測儀等進行一次巡視檢查，并對避雷器進行一次紅外測溫，未發(fā)現(xiàn)異常。

2.故障的B 相避雷器2017年6 月30 日投入運行，投運前進行了交接試驗，2018 年5 月28 日完成了投運1 年的預防性試驗，試驗結果滿足《電力設備檢修試驗規(guī)程》的要求。

3.2018 年5 月、2019 年3月分別開展了運行電壓下的交流泄漏電流帶電測試工作，試驗結果滿足《電力設備檢修試驗規(guī)程》的要求。

（三）雷電及保護情況分析

調取500 千伏甲乙線兩側變電站的保護動作信息，故障時刻發(fā)生在3 時48 分58 秒491 毫秒，500 千伏甲乙線B 相電流、電壓有非正弦波突變，出現(xiàn)瞬時非工頻量差動電流，兩側差動保護動作正確跳開線路兩側B 相斷路器，故障錄波測距距500 千伏甲變電站78.2 千米，距500 千伏乙變電站32 千米。查詢雷電定位系統(tǒng)，該故障時刻前后10 秒內在129 號和130 號塔附近共有4 次落雷記錄，其中有兩次雷擊電流為-56 千安、-38 千安左右，雷擊點至變電站的距離，與故障錄波測量距離相吻合。

3 時48 分59 秒446 毫 秒，即故障后955 毫秒重合閘動作，重合于故障三相跳閘。查看保護動作波形，500 千伏甲變電站側斷路器先于500 千伏乙變電站16 毫秒重合，重合閘瞬間即有操作過電壓出現(xiàn)，峰值832.9 千伏，兩站B 相均出現(xiàn)明顯較大的正弦波故障電流和零序電流，兩站差動保護、重合加速保護正確動作跳開線路兩側三相斷路器，故障錄波測距距500 千伏甲變電站110 千米，距500 千伏乙變電站0 千米，測距結果與故障的避雷器相符。

根據(jù)雷電定位系統(tǒng)落雷以及保護動作情況，認為500 千伏甲乙線B 相遭受雷擊引起單相故障，保護正確動作跳開B 相，重合閘時間到后，500 千伏甲變電站側斷路器先于500 千伏乙變電站側16 毫秒合上，500 千伏乙變電站B 相避雷器在大氣過電壓、操作過電壓、工頻過電壓的共同作用下發(fā)生壓力釋放動作，導致重合于故障三跳。

（四）返廠解體檢查分析

將故障的B 相避雷器進行返廠解體分析，具體情況如下：

1.外觀檢查

根據(jù)解體方案對避雷器進行外觀檢查，對上、中、下元件及均壓環(huán)進行檢查，發(fā)現(xiàn)三節(jié)元件的上下防爆板破裂，防護板翹曲、內表面熏黑，三節(jié)元件均出現(xiàn)壓力釋放動作（見圖4），瓷套外觀正常，均壓環(huán)大環(huán)圈局部有放電痕跡。

圖4 壓力釋放閥動作情況

2.元件直流測試

使用直流測試檢測儀對三節(jié)元件進行直流參數(shù)測試，測試值詳見表1。可以發(fā)現(xiàn)各元件參考電壓均接近于零，75%直流1 毫安參考電壓下漏電流遠超規(guī)程不大于50 微安的要求，表明三節(jié)元件均處于貫穿導通狀態(tài)。

表1 直流參數(shù)測試值

3.解剖情況

（1）避雷器上、中節(jié)密封蓋板、壓板及密封圈無異常，內部無異物，無受潮痕跡；上節(jié)瓷套內壁自上而下有貫穿的燒蝕痕跡，中節(jié)瓷套內壁有局部的電弧燒蝕痕跡；芯體外表面自上至下有顯著的爬電痕跡，逐片檢查電阻片均存在不同程度的外表面閃絡痕跡；絕緣桿顏色正常。

（2）避雷器下節(jié)密封蓋板、壓板及密封圈無異常；瓷套內壁有局部的燒蝕痕跡；芯體外表面自上至下有明顯的爬電痕跡，檢查電阻片均存在不同程度的外表面閃絡痕跡，其中底部5 片電阻片已破損，絕緣棒在相應位置有燒蝕痕跡，見圖5。

初步分析，三節(jié)元件壓力釋放裝置動作均是芯體電阻片側面閃絡引起。

（五）恢復性試驗驗證分析

為驗證電阻片是否側面閃絡，現(xiàn)場挑選外觀無破損的電阻片進行電壓恢復特性試驗，以檢查電阻片本體的完好性。挑選外觀無破損的上、中、下節(jié)電阻片各3 片，用酒精、棉布對電阻片進行擦拭，進行直流參考電壓測試，測試結果均接近于零。將9片電阻片在400 攝氏度溫度下進行表面有機釉清除，處理后進行清洗、風干、酒精擦洗后進行直流參考電壓測試，測試數(shù)據(jù)見表2。

表2 電阻片測試數(shù)據(jù)

從表2 可知，選取的電阻片在去除側面釉層后均出現(xiàn)了電壓恢復現(xiàn)象，驗證說明了本次故障是側面閃絡引起，部分電阻片電壓與原始值相比下降較大，應為電弧灼燒造成閥體部分晶體擊穿，引起電壓略有下降、漏流增大。

（a）密封蓋板、壓板、密封圈、絕緣棒

圖 5 B 相避雷器解體照片

（六）故障原因分析

綜合解體檢查、雷電記錄、保護動作情況，對B 相避雷器故障的原因分析如下：

500 千伏乙變電站B 相避雷器短時間內連續(xù)承受兩次陡度較大的雷電侵入波，線路保護正確動作跳開線路兩側B 相斷路器，線路重合閘動作，甲變電站側斷路器先動作合上，線路處于長距離空載狀態(tài)，此時乙變電站B 相避雷器短時間內承受大氣過電壓、操作過電壓和工頻過電壓的共同沖擊，使得避雷器吸收能量遠大于其耐受能力，造成該線路避雷器局部電阻片側面閃絡失效和下節(jié)部分電阻片損壞，進而造成B 相避雷器3 節(jié)壓力釋放動作、泄漏電流監(jiān)測儀損壞 。

三、后續(xù)運維建議

（一）校驗能量吸收能力

避雷器的能量吸收能力包括操作沖擊能量吸收能力與雷電沖擊能量吸收能力，操作沖擊下的能量吸收能力主要為采用長持續(xù)時間電流沖擊進行考核，對不同等級避雷器，可通過線路放電耐受能力試驗或方波沖擊電流耐受能力確定。雷電沖擊下的能量吸收能力主要采用大電流沖擊進行考核，應對無間隙避雷器電阻片進行大電流沖擊耐受試驗，電阻片在這種大電流沖擊下，不應有擊穿或閃絡等破壞。

（二）加強帶電測試

運行電壓下交流泄漏電流帶電測試能及時發(fā)現(xiàn)氧化物避雷器內部絕緣狀況不良，閥片老化、受潮、內部絕緣件受損等，是判斷避雷器狀態(tài)好壞的重要手段，根據(jù)《電力設備檢修試驗規(guī)程》（Q/CSG1 206007-2017）規(guī)定，35 千伏及以上避雷器應在投運后半年內測量一次，運行一年后每年雷雨季前測量一次，或懷疑有缺陷時進行測量。當阻性電流增加50%時應該分析原因，加強監(jiān)測，適當縮短檢測周期；當阻性電流增加1 倍時應停電檢查。

（三）加強運行維護

每月應記錄避雷器放電計數(shù)器指示數(shù)和泄漏電流值，并與同等運行條件下其他避雷器進行比較，應無明顯差異；每月進行一次紅外熱檢測，用紅外熱像儀檢測避雷器本體及電氣連接部位，重點檢查設備本體有無整體或局部過熱現(xiàn)象、相間溫差是否正常，紅外熱像圖顯示應無異常溫升、溫差，具體按《帶電設備紅外診斷應用規(guī)范》執(zhí)行。

（四）加強雷電活動后巡查

運維人員增加特殊巡視，巡視檢查項目包括：瓷套是否完好，導線與接地引線有無燒傷痕跡和斷股現(xiàn)象，避雷器上帽引線處密封是否嚴密，有無進水現(xiàn)象，瓷套表面有無污穢；動作計數(shù)器指示數(shù)有無變化，判斷避雷器是否動作。

四、結語

針對某變電站一臺500 千伏金屬氧化物避雷器運行過程中發(fā)生防爆膜動作及泄漏電流監(jiān)測儀燒損故障，本文總結出了運維試驗數(shù)據(jù)、雷電活動及返廠解體試驗的綜合分析方法，為同類設備運維分析提供參考。同時提出了氧化鋅電阻元件電壓恢復特性試驗驗證電阻片是否損壞的方法，并通過檢查本體的完好性反向驗證了側面閃絡的問題，從故障處理、日常巡維及技術監(jiān)督等方面提出了有針對性的運維管控措施，可為防止和處理避雷器出現(xiàn)類似的故障提供參考，有助于保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。