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第 24 卷 第 7 期 2023 年 7 月 电 气 技 术 Electrical Engineering Vol.24 No.7Jul.2023 一起避雷器爆炸事故分析 刘建月1 张志东2（1.国网山西省电力公司技能培训中心（山西电力职业技术学院），太原 030000；2.国网山西省电力公司超高压变电公司，太原 030032）摘要 本文介绍一起 220kV 避雷器爆炸事故的处理过程，参照设备运行状况和修试记录，通过对避雷器的现场解体和仔细检查，分析其发生爆炸的原因，最终确认事故发生的主要原因是密封不严造成的避雷器受潮。结合变电站运行情况，建议有针对性地开展带电检测，以及时发现避雷器的受潮、老化及其他隐患，采取适当措施，预防同类事故发生。关键词：避雷器；爆炸；损毁；受潮；带电检测 Analysis of an explosion accident of lighting arrester LIU Jianyue1 ZHANG Zhidong2(1.Skill Training Center of Shanxi Electrical Power Company (Shanxi Electric Power Technical College),Taiyuan 030000;2.Maintenance Company of State Grid Shanxi Electrical Power Company,Taiyuan 030032)Abstract The handling process of a 220kV lighting arrester explosion accident is introduced in this paper.Through the on-site disassembly and careful inspection of the arrester,referring to the equipment operation and repair and test records,the cause of the explosion is analyzed.It is confirmed that the damping of the arrester due to poor sealing is the main cause of the accident.Combined with the operation of the substation,targeted live detection is suggested to detect the damping,aging and other hidden dangers of the arrester in time,and take appropriate measures to prevent the accident from happening again.Keywords：arrester;explosion;damage;damp;live detection 0 引言 金属氧化锌避雷器是电力系统中广泛使用的过电压保护器，由氧化锌电阻片、绝缘元件、密封元件和瓷外套组成，其中电阻片是核心元件，由氧化锌和多种金属氧化物制作而成，具有优良的非线性伏安特性1。在正常工作电压时，流过避雷器的电流极小（微安或毫安级）；当过电压作用时，避雷器电阻急剧下降，泄放过电压的能量，达到保护的效果2-3。在实际运行中，避雷器长期承受工频电压的作用，内部阀片容易老化和受潮，内部温度易升高，容易发生爆炸4。因此，为了防止爆炸事故发生，有必要对避雷器的运行状态进行监测并作出科学判断5。1 故障概述 2021 年 5 月 20 日，某 500kV 变电站 1 号主变三侧跳闸。2:01 主变中压侧 B 相瞬时短路，短路电流二 次峰 值 达到 5.5A（电 流互 感 器电 流比 为2 500/1）。2:01:30.575，主变保护启动；13ms 差动保护动作，73ms 故障切除。主变三侧开关 5012、5013、2002、3002 均在分位，其余开关正常运行，没有负荷损失。经整体更换中压侧三相避雷器后，系统恢复运行。1.1 检查情况 通过现场外观检查发现，1 号主变压器中压侧220kV 等级 B 相避雷器发生爆炸而损毁。该避雷器由非线性氧化锌电阻片叠加组装，密封于瓷绝缘外套内，无放电间隙，有压力释放装置。避雷器在故74 电 气 技 术 第 24 卷 第 7 期 障后，上节、下节压力释放阀均动作，其均压环、本体、安装底座处均有电弧烧蚀痕迹，瓷套表面有多处击穿爆炸产生的孔洞、裂痕。由于大面积放电，瓷套伞裙上有炭黑痕迹。泄漏电流表损坏，泄漏电流引下线铜排弯曲变形，设备铭牌脱落。1 号主变压器中压侧 B 相避雷器如图 1 所示。图 1 1 号主变压器中压侧 B 相避雷器 1 号主变中压侧的避雷器自 2007 年 4 月投运以来，已经运行 14 年。状态检修试验规程要求：避雷器直流参考电压实测值与出厂值相比，变化不应超过5%；直流参考电压不应小于 GB 11032 和 GB/T 50832 规定值；泄漏电流不应超过 50A（750kV 及以下系统避雷器）。本体上、下节绝缘电阻不小于2 500M，底座绝缘电阻不小于 10M6。2021 年 4月和 5 月的停电检修记录显示，该避雷器例行试验数据包括直流 1mA 参考电压、0.75 倍直流 1mA 参考电压下的泄漏电流、底座绝缘电阻均在正常范围。1 号主变中压侧避雷器例行试验数据见表 1。表 1 1 号主变中压侧避雷器例行试验数据 直流 1mA 参考电压/kV0.75 倍直流 1mA 参考电压下的泄漏电流/A测试部位 参考值 测试值 参考值 测试值上节 152.8 152.0 15 18.1 A 相 下节 152.0 151.1 12 16.2 上节 152.0 151.4 16 24.3 B 相 下节 151.8 151.2 11 15.0 上节 152.3 152.0 17 19.7 C 相 下节 151.2 150.8 12 17.0 状态检修试验规程要求：全电流、阻性电流与参考值相比，有明显变化时应加强监测。当阻性电流增加 1 倍时，必须停电检查6。在 2021 年 4 月 6日和 5 月 5 日，试验人员对全站避雷器开展了两次全电流及其阻性分量带电检测，试验数据均未见异常。1 号主变压器中压侧避雷器带电检测试验数据见表 2。表 2 1 号主变压器中压侧避雷器带电检测试验数据 全电流/mA 阻性电流/mA 相别 参考值 测试值 参考值 测试值 A 相 0.531 0.521 0.163 0.152 B 相 0.472 0.482 0.143 0.145 C 相 0.484 0.485 0.137 0.136 带电设备红外诊断应用规范要求：氧化锌避雷器温差为 0.51K 属电压致热型缺陷，该缺陷为严重及以上缺陷7。该避雷器近期的红外测温图谱显示，本体温度分布基本均匀，未见异常。此外，试验人员对 1 号主变压器进行试验发现，油色谱、直流电阻、介质损耗等试验结果均正常，状态参数未见异常。因此，中压侧 B 相避雷器损毁是导致主变三侧开关跳闸的主要原因。1.2 解体情况 检修人员对爆炸避雷器进行现场逐节解体检查。拆除端盖后发现，压紧弹簧间的导电铜片已熔断，防爆膜脱落，顶盖严重变形，上节压力释放阀动作，瓷套内壁下方根部局部熏黑，内部防爆桶损毁。上节压力释放阀如图 2 所示。下节压力释放阀动作，防爆膜脱落，在放电作用下，瓷套内壁被完全熏黑。下节压力释放阀如图 3 所示。对比上、下节损坏情况发现，上节电阻片基本完好，有受潮现象，其下方根部熏黑，局部附着有黑色粉末；下节电阻片大部分损坏，电阻片有缺失和破损现象，并有电弧击穿发展通道，整体被熏黑，通体附着有黑色粉末。上、下节内部对比如图 4 所示。上节防爆膜压紧环及底部密封圈内均有受潮痕迹，情况如图5 所示。所有现象表明，避雷器本体内部在爆炸前发生了剧烈放电，同时绝缘材料被灼烧而炭化。图 2 上节压力释放阀 2023 年 7 月 刘建月等 一起避雷器爆炸事故分析 75 图 3 下节压力释放阀 图 4 上、下节内部对比 图 5 上节防爆膜压紧环、底部受潮情况 2 原因分析 操作过电压、雷击过电压、表面污闪放电、内部放电和内部受潮等，是造成金属氧化锌避雷器故障的主要原因8。该站内一次设备在事故前没有进行任何操作，1 号主变中压侧没有检测到任何扰动，故排除操作过电压的原因；据气象部门资料显示，当时天气已转晴，故该变电站和线路上空不存在雷击情况，其他两相避雷器泄漏电流表计数器都未动作，故排除雷电过电压的原因；观察外表，未发现避雷器放电痕迹，排除表面污闪放电的原因。通过仔细检查发现，1 号主变中压侧避雷器 B 相上节防爆膜压紧环及底部密封圈内有受潮痕迹，说明内部受潮是导致避雷器故障的主要原因。对设备进行仔细观察发现，该避雷器制造工艺存在缺陷，上节顶端密封不严。当外部环境冷热循环变化时，避雷器内部空气会膨胀或收缩，形成呼吸现象，潮气侵入密封不好的部位导致放电，并可能导致避雷器在高电压下发生爆炸。事故前几日，站内连续降雨，后虽转晴，但夜晚温度骤降，防爆桶上凝结了大量水汽，导致绝缘距离不够而致使内部放电，进而造成上节压力释放阀动作；下节在上节短路后，无法承受线路运行电压导致整体击穿，如图 6 所示。由上述分析可知，由于避雷器密封不严的工艺缺陷，最终导致避雷器内部受潮而引发爆炸事故。图 6 下节整体击穿 3 改进建议 对于运行多年的避雷器，其受潮概率较高。为了避免避雷器发生故障，建议从下面几方面加强 管理：1）在备件到货验收阶段，全面验收厂内装配记录、组部件抽检记录。此外，对阀片质量影响较大的还有电阻片生产厂家的生产环境、原料选用、工艺要求、工序管理和设备配置等。2）在轻度受潮时，大多数类型的金属氧化锌避雷器的阀片电容较大，导致自身阻性电流增加；在受潮严重时，阻性电流可能接近或超过容性电流，其会随受潮程度的加剧而导致内部结露，进而发生放电击穿。通过采用红外精确测温、全电流和阻性电流测试等带电检测手段，增加定期巡视频率，可以提前发现此类设备隐患。但是，对于内部带有防爆桶结构的避雷器的潜伏性故障，采用红外热像检测不易发现。由于阀片可能未直接处于受潮环境中，所以当密封不严导致内部受潮时，全电流及其阻性分量带电检测可能无法检测到设备内部异常，应对此类设备进行专项管理9。76 电 气 技 术 第 24 卷 第 7 期 4 结论 在本文所述故障案例中，检修人员更换了 1 号主变中压侧的三相避雷器，并将非故障相返厂进行解体检查。经排查发现，A 相和 C 相避雷器同样存在密封不严的问题。为此，公司在停电检修的基础上制定了技改计划，对同厂家同批次的剩余避雷器进行了整体更换，同时加强了带电检测对比和日常专项巡视。从技术管理方面，对运行十年以上的避雷器，开展专项带电检测；从专业管理方面，加强运行监督，重视过程验收和专项跟踪。综上所述，本文提出以下改进方法：1）从源头上抽检验收，防止因设备制造厂装配工艺不良，导致避雷器受潮，引起放电击穿。2）雷雨季节前，对检测趋势变化进行分析，提高定期巡视频率。3）采取有针对性的管控措施，尤其是早年采用防爆桶结构的避雷器，应纳入停电计划，进行逐步更换。参考文献 1 万寿雄.10kV 不接地系统两相故障导致电压互感器避雷器爆炸事故分析J.电气技术,2021,22(11):56-62.2 张雄清,万方培,杨珊.一起 35kV 变压器中性点避雷器故障分析J.电气技术,2019,20(3):115-117.3 张召涛,钟光强,李晓斌.一起氧化锌避雷器爆炸事故分析J.高压电器,2015,51(8):192-196.4 严玉婷,江健武,钟建灵,等.金属氧化物避雷器事故分析及测试方法的比较研究J.电瓷避雷器,2011(5):63-69.5 赵强,曹力雄.一起特高压换流站 500kV 断路器击穿故障分析与处理J.电气技术,2021,22(8):58-61.6 输变电设备状态检修试验规程:Q/GDW 11682013S.北京:中国电力出版社,2013.7 带电设备红外诊断应用规范:DL/T 6642016S.北京:中国计划出版社,2016.8 黄灵资,刘昊.基于带电检测技术的一起 35kV 金属氧化物避雷器缺陷分析J.电气技术,2019,20(1):112-115.9 王前斌,罗化龙,沈俊轶.玉溪新兴钢铁公司 10kV电压互感器爆炸事故分析J.电气技术,2015,16(4):125-127.收稿日期：2023-04-20 修回日期：2023-06-12 作者简介 刘建月（1983），女，山西交城人，硕士，高级工程师，主要从事电力系统及其自动化方面的研究工作。