一起避雷器故障分析与对策_沈建位.pdf

74电工电气电工电气 (2023 No.3)沈建位1，谢名勇2(1 宁波职业技术学院 新能源及电力系统研究中心，浙江 宁波 315800；2 浙江联能电气有限公司，浙江 衢州 324000)一起避雷器故障分析与对策0 引言避雷器一般设置在变电所的入口处，用于防止雷电和开关脉冲等冲击性过电压对电气设备绝缘的破坏。特别是一旦引起变压器绕组的破坏，修复起来比较困难，而且会伴随较长时间的停电。因此，变电设备的绝缘相互配合是以变压器的绝缘强度为基准构成的。电力系统中的输变电设备，有时会遭遇到直接雷击和感应雷击的袭击，当过电压值达到规定的电压值时，避雷器立即动作并对大地放电，以限制过电压的幅值，保护电气设备的绝缘。与此同时，避雷器需要分断伴随着放电而产生的续流，并在 1/2 周期内迅速恢复原状，使电气设备能够正常运行。一旦这种工作性能变坏，即使在日常的工作电压下，也会增加其泄漏电流，使放电电压降低，因而不能有效分断电流，进而导致电气设备绝缘的对地击穿。这将引起继电保护动作，导致断路器跳闸。文中对一起阀式避雷器故障进行了具体分析，通过对避雷器参数的测量，结合避雷器的结构和运行工况，分析了产生故障的原因，并提出了相应的对策，同时对避雷器开展监测及时发现事故隐患。1 故障情况某企业配电所的一次接线如图 1 所示，进线电压为35 kV，在2021年9月20日晚上20:10左右，配电所突然停电。通过检查，发现是继电保护的低电压动作，使断路器 QF41 跳闸。针对本次事故的情况，检修人员咨询了相关的供电部门，相关人员反馈断路器 QF11 也造成了停电，但是具体原因还不确定，可能是输电线路的某点与异物接触，使继电保护动作造成误读引起跳闸。对该段线路进行检查，未发现异常，于是重新恢复送电。在10 月 21 日晚上 21:00 左右，又发生同样的事故，经查输电线路的绝缘未受到破坏，也未发现对地短路点。在同样的绝缘故障连续发生的情况下，线路的绝缘是很难自恢复的。为此判断可能是避雷器的问题，为进一步确定事故原因，将避雷器 F1 从线路拆除，该避雷器为 FZ 型阀式避雷器，依据相关规程，用兆欧表测量绝缘电阻。然后，施加 16 kV 直流电压测定电导电流，结果如表 1 所示。查阅该型号避雷器的安装使用说明书及出厂试验报告，避雷器的试验数据如表 2 所示。表1 避雷器测量值相别绝缘电阻/M电导电流/AA1501 300B350800C400900表2 避雷器出厂试验数据相别绝缘电阻/M电导电流/AA505B520C497图1 配电所一次接线图TM1TA1F1QF11QS12QS11进线TA2QF21TA3QF31F2TA4QF41企业用电设备TVU欠电压保护装置一起避雷器故障分析与对策基金项目：宁波市公益性科技计划项目(2022S017)75 电工电气电工电气 (2023 No.3)按照电力设备预防性试验规程，FZ 阀式避雷器的绝缘电阻自行规定，查阅安装使用说明书规定不应该低于 800 M；电导电流规定值为 400 600A。从测量结果来看，3 台避雷器的泄漏电流均已超出正常值，特别是 A 相避雷器已经出现明显的异常。2 故障原因分析阀式避雷器在规定的试验电压下，测量的电导电流值有规定的范围要求。电导电流与规定值相比有明显的增加，可能是因为避雷器内部有受潮的现象；电导电流与规定值相比有明显的降低，可能是并联电子断裂或者开焊引起。该避雷器为老式阀式避雷器，由串联间隙和阀电阻元件组成，如果对它施加较大的冲击电压，在其间隙部分将会因火花放电而与大地之间有电流流过，依靠避雷器特性要素的非线性来限制续流的持续时间和幅值，也限制被保护设备的对地电压，从而保护电气设备免受瞬态过电压的危害。避雷器的续流被分断后，其端子电压恢复并保持正常状态。该避雷器安装地点离海岸较近，属于重大盐雾的污损地区，企业平时对电气设备维护不到位，从而造成元件受潮。因避雷器都设计成密封结构，间隙和阀式电阻元件均置于密封的瓷管内，以防止受潮和污染，如果元件吸湿受潮和污染，根据电气设备技术标准，在正常电压下，避雷器想实现续流分流是很困难的。为进一步明确具体原因，对拆下的 A 相避雷器进行解体，拆开避雷器的底部盖板，把阀片电阻和相关零部件取出，检查阀片电阻和相关零部件，察看没有发现明显裂纹或其他缺陷；但发现内部有少许水珠，随后对内壁水珠进行擦干，并使用电吹风进行干燥处理，处理安装后进行绝缘电子测量和电导电流测量，情况并未好转，排除避雷器内部表面受潮有潮湿空气导致的原因存在的可能，应该是避雷器阀片电阻老化的原因，这个与该避雷器的运行环境有关，避雷器长期处在风吹日晒雨淋、交变电磁场、冷热交替环境，以及长时间没有做过预防性试验有关。事故发生时一般都在深夜，该时段电网的负载较小，电网系统电压会有升高的趋势，通常 35 kV系统的波动范围为(37 38.5 kV)的上限值时，避雷器的阀片击穿，并且发生续流不能分断，从供电部门输电端分析，这是输电线路发生对地短路而引起断路器 QF11 跳闸；从企业配电所分析，是继电保护的低电压动作而引起断路器 QF41 跳闸。恢复供电时，因为系统电压低，避雷器又恢复正常状态；但是过段时间，系统电压波动时，避雷器如果阀片击穿又会发生故障。3 处理对策及测定要求3.1 避雷器更换查找出故障后，对避雷器进行更换，因 FZ 系列阀式避雷器其保护设备的绝缘水平和通流容量较低，在运行过程中耐污性能较差，目前在工程中已经不建议使用。因此更换为氧化锌避雷器，与阀式避雷器相比，氧化锌电阻片的非线性特性极其优异，而且通流能力可增大 3 倍左右，可以制成无间隙避雷器，具有更优越的特性。3.2 避雷器维护避雷器是一种静止电器，平常甚至感觉不到它的存在，但是本次事故却对配电设备的绝缘配合有着重大的影响。所以，避雷器的日常和定期检查以及维护极其重要。通常，作为这种变电设备的预防保全对策，主要是进行设备外部的目视检测，此外还有电气上的绝缘电阻测定、泄漏电流测定，以及冲击放电初始电压的测定等。避雷器开始运行后，应对其外观表面进行目视检查，看是否存在外部破损、龟裂、生锈、无损等缺陷。这些缺陷将对避雷器内部氧化锌电阻片的性能造成不利影响，因此避雷器的外观检查比较重要，应每周检查一次。对于避雷器的污损，应每年清扫维护一次。上述的检查和维护也可以起到防止避雷器电气性能劣化的作用。在电气方面，应该做好相关的测定。3.3 绝缘电阻测定使用绝缘电阻表，在线路测端子与接地端子之间测量。测量前应清扫绝缘子表面，取出引出线，对避雷器单体进行本项测定，测量时，最好在接地点附件设置护圈，以此可以对其性能劣化和受潮等有大概了解。测定值小于规定值时，可判断避雷器有异常情况；正常时绝缘电阻的测量值应显示在规一起避雷器故障分析与对策76电工电气电工电气 (2023 No.3)定值区间，也可参考多年来记录的不同温度、湿度等气候条件下的绝缘电阻检测记录，来对避雷器的绝缘劣化程度作出判断。本试验每年进行12次，在停电作业时实施。3.4 泄漏电流测定在施加额定电压的状态下进行，一旦特性要素(氧化锌电阻片)劣化，则避雷器的放电动作初始电压降低，使泄漏电流增大，可能导致绝缘破坏。对避雷器施加试验电压，测量这时的泄漏电流，将当初安装避雷器时与本次试验的测量值相比较，两者的差别越小越好。一般来说，两者差别的允许范围在 0.3 1.3 倍之间，在本次试验时，应正确应用泄漏电流测量装置，将测量装置与断路器并联安装后，将断路器开路时即可进行测量，也可利用分辨率为 10A 的钳式电流表来测量。如果避雷器的绝缘性能降低，泄漏电流就会增加，对泄漏电流测量时，避雷器有电流I流过，该电流的电容分量为IC，电阻分量为IR，因此，合成电流可以写成I=IR+IC，一般情况下，ICIR，其中与劣化特性有关系的主要为电阻分量IR。然而，在测试现场将电阻分量IR单独分离出来是困难的，一般测量合成电流I就可以。泄漏电流的测量，利用变压器停电的机会，给避雷器施加直流电压来测量其泄漏电流。与安装时的测量值进行比对，如果增加 20%以上，就有必要通过其他试验来进一步验证避雷器的劣化程度。3.5 耐电压试验为了确认避雷器的绝缘能力，可利用停电的机会对避雷器施加交流电压，以便检验其耐压性能是否正常。确定避雷器的放电电压时，不采用电压的有效值，而是采用其最大值。由于在相关技术标准中确定的是交流电压有效值，因此考虑在最大值时应再加上 10%裕量。无间隙避雷器通常承受的是线路电压，平时就有泄漏电流流过，因此，需要经常对其特性要素的劣化程度进行验证。由于相应的验证试验需要在设备运行中或者在高电压下进行，因此对于试验中的安全问题要给予足够的重视。4 结语阀式避雷器目前在市场还有一定数量的产品在运行，本文针对某企业的一起阀式避雷器引起的停电事件进行了分析，本次事件是一起阀式避雷器内部阀片受潮导致绝缘性能降低的典型案例，通过对避雷器进行绝缘电子、电导电流等相关参数的测量，确定了故障元件；并将避雷器解体结合相测量数据，对故障的原因进行了分析，通过分析可知，由于其结构与氧化锌避雷器不同，其性能测试方法及规定也有所不同，在实际操作中需注意区别。本次事件通过更换新的氧化锌避雷器来处理，在以后的运行过程中，可以运用红外测温、在线监测等方法加强产品的运行监测，及时发现产品缺陷。对有数据异常的产品，可及时进一步的检查，确保及时掌握避雷器的运行状况，并根据情况进行维护或维修，预防同类事故再次发生，有效保障配电所的安全稳定运行。收稿日期：2022-09-16一起避雷器故障分析与对策