110kV變避雷器故障分析-貴州乐鱼官网
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一、事故簡況
某110kV變全站發生避雷器擊穿，故障設備為站內110kVI母電壓互感器間隔A相避雷器，隨後對故障設備進行了更換並分析故障原因。
二、故障設備參數
110kV I母電壓互感器避雷器
出廠編號：A相：921 B相：923 C相：920
三、現場檢查情況
試驗及檢修人員到站發現，站內110kVI母電壓互感器A相避雷器炸裂擊穿，A相避雷器與電壓互感器之間的引流線脫落，避雷器頂部有燒黑痕跡，如下圖1所示。
圖1 110千伏I母電壓互感器間隔A相避雷器照片
試驗人員對110kVI母電壓互感器及避雷器進行了試驗：三相電壓互感器試驗數據符合狀態檢修試驗標準要求，試驗合格。B、C相避雷器符合狀態檢修試驗標準要求，試驗合格。A相避雷器已炸裂，無法進行泄漏電流試驗，基座絕緣為0。隨後檢修人員拆除三相避雷器及一次引線，協調調撥其他110千伏輸變電工程備品備件到達現場，隨即更換現場三相避雷器，恢複一次引線，三相避雷器更換完畢，電壓互感器試驗合格後送電成功。
圖2 現場避雷器更換後照片
四、原因分析
110kV變站內110kVI母電壓互感器A相避雷器擊穿，導致A相避雷器與電壓互感器之間的引流線斷開後接地，是導致本次保護跳閘的直接原因。現對避雷器故障原因做以下分析。
1.A相避雷器故障炸裂原因分析
圖3 避雷器內部結構等效電路圖
該廠家型號的避雷器結構如圖3所示，由外到內依次為：複合矽橡膠護套、環氧管、氧化物電阻片。避雷器上半部分為氧化鋅電阻片串聯堆疊，下半部分為下電極導電杆（鋼），下電極導電杆與底座之間通過底座絕緣墊塊（紅色方塊所示）隔開，避雷器下極引出線位置在下部電阻片處，靠近底座墊塊的位置。正常情況下，避雷器上端接高壓，泄露電流通過下極引出，經過放電計數器流入地網。
（1）A相故障避雷器解體情況：試驗人員對避雷器進行拆解，解體發現A相避雷器內部上部分氧化鋅電阻片基本為灰色粉末狀固體,占總長約1/2，明顯為長時間過電流發熱引起的絕緣損壞，能量聚集到一定程度造成上端燒焦、炸裂；中部下電極導電杆呈銀白色；下部導電杆有大麵積鐵鏽，有受潮跡象，占總長約1/5；下電極周圍出現燒黑痕跡，未見外部向下放電通道；底座絕緣墊塊已經被電弧燒成炭黑色，如圖4所示。
圖4 A相故障避雷器解體情況
（2）B相避雷器解體分析：對B相避雷器解體發現，底座墊塊與下電極導電杆有兩處帶狀發熱痕跡（其中一條靠近下電極引出線），導電杆對應位置均有明顯鏽跡，與底座墊塊接觸的底座螺栓固定金屬塊有生鏽痕跡，上電極及電阻片檢查完好如圖5所示。
圖5 B相故障避雷器解體情況
（3）C相避雷器解體分析：對C相避雷器解體發現，底座墊塊有一條明顯線形放電通道，在導電杆相應位置有放電點，底座墊塊靠近下電極引出線處有一處帶狀發熱痕跡，並在導電杆相應位置有生鏽痕跡，如圖6所示。
圖6 底座螺栓底部放電痕跡
綜合以上試驗檢查和解體分析：
1.該避雷器的內部故障是由於底部受潮導致，避雷器底部受潮後底座絕緣墊塊的絕緣性能下降，不足以承受下電極對地電壓，並在絕緣墊塊與下電極導電杆上形成放電通道並伴隨發熱；隨著故障的發展，放電通道會進一步向導電杆上部發展形成放電路徑，加劇了避雷器內部受潮，同時避雷器底部的放電通道旁路了下部受潮的電阻片，剩餘的電阻片則承受了整體相電壓，進一步加劇上部未受潮電阻片的發熱，最終導致避雷器上部絕緣擊穿，B、C相避雷器的解體情況也很好地印證了這一結論。
這種絕緣基座內置的避雷器，製作工藝不良的情況下，在長期運行過程中，可能存在密封老化，導致潮氣進入，B、C相靠近下電極引出線處的帶狀發熱痕跡和鏽跡印證了這一結論。
2.避雷器內部絕緣受潮導致頂部炸裂原因分析
對於多元件串聯結構的氧化鋅避雷器，當輕度受潮時，通常因電阻片電容較大而隻導致受潮元件本身阻性電流增加並發熱，當嚴重受潮時，阻性電流可接近或超過容性電流，在受潮元件溫升增加的同時，非受潮元件的功率損耗和發熱開始明顯，甚至超過受潮元件的發熱數值，當受潮進一步惡化時，還會伴有局部溫升高於整體溫升的現象。正是這個原因，該避雷器底部受潮後出現上部絕緣擊穿事故發生。
3.三種不同型式結構避雷器可靠性分析
昌吉電網內110kV及以上電壓等級的避雷器底座形式大致分以下三種：a.升高座形式，b.絕緣螺栓形式，c.內部絕緣墊塊形式，如下圖所示。
圖7 避雷器底座形式
a.升高座形式。該類避雷器多為高電壓等級避雷器（110千伏及以上），采用純瓷或複合絕緣外套，機械強度高，底座絕緣強度高。
b.絕緣螺栓形式。該類避雷器為複合絕緣護套避雷器常用的結構形式，這種避雷器重量輕，避雷器本體一體性好，但是零部件多，地腳螺栓外絕緣護套在長期運行下存在絕緣開裂的情況，後期運行中出線問題需要對零部件進行更換。
c.內部絕緣墊塊形式。這種形式底座的高壓避雷器網內很少，優點在於一體性好，但是下電極單獨開孔引出，需要特別關注密封性能。
圖8 常規複合絕緣避雷器結構
圖9 故障避雷器下電極引出孔
針對常規複合絕緣避雷器而言，采用一體化設計由外到內由矽橡膠護套、環氧管、電阻片組成，上下級由帶凹槽結構的金具過渡後引出，如圖9所示，該金具凹槽在絕緣澆築後能很好的起到防潮作用。本次故障的複合絕緣避雷器上電極也有類似的結構，但是由於下電極直接開孔引出，如果製作工藝不好或者長時間戶外運行，可能密封不良受潮，故障避雷器下級引出線如圖9所示，能直接看到電阻片。綜合以上分析，下電極直接徑向開孔引出的結構可能是該避雷器絕緣受潮的重要原因。由於新疆春冬季溫差大，加上春季降水多，設備熱脹冷縮後可能造成內部受潮。
4.避雷器運維檢修分析：試驗人員查閱了曆史報告，2017年試驗人員對該間隔避雷器、放電計數器進行試驗，各項試驗數據合格，且檢修未超周期。故障當天，故障相避雷器監測器顯示為8次。同時查閱了帶電檢測的曆史數據，並未發現有發熱情況，如圖10所示。根據該避雷器結構及解體情況看，可能為去年冬天至今這段時間內避雷器底部連接螺栓部位存在密封老化，潮氣不斷進入避雷器本體，最終導致事故發生。由於避雷器底座被擊穿，形成放電通道，泄漏電流未全部從避雷器監測器流過，一部分泄露電流通過放電通道流入地網，導致可能存在避雷器的泄漏電流增大，但從避雷器監測的示數上未能體現的情況。另外，泄漏電流帶電測試工作也未能開展，後期對於泄漏電流帶電測試不滿足安全距離的設備檢修中心將采取改造或者加裝在線監測的形式對避雷器泄露電流進行測試。
圖10 曆史紅外測溫照片 （副運行）
5.該母線設備為用戶采購，該避雷器設備的製造工藝，存在不能嚴把關問題。