110kV变避雷器故障分析-贵州科威
110kV变避雷器故障分析-贵州科威
一、事故简况
某110kV变全站发生避雷器击穿，故障设备为站内110kVI母电压互感器间隔A相避雷器，随后对故障设备进行了更换并分析故障原因。
二、故障设备参数
110kV I母电压互感器避雷器
出厂编号：A相：921 B相：923 C相：920
三、现场检查情况
试验及检修人员到站发现，站内110kVI母电压互感器A相避雷器炸裂击穿，A相避雷器与电压互感器之间的引流线脱落，避雷器顶部有烧黑痕迹，如下图1所示。
图1 110千伏I母电压互感器间隔A相避雷器照片
试验人员对110kVI母电压互感器及避雷器进行了试验：三相电压互感器试验数据符合状态检修试验标准要求，试验合格。B、C相避雷器符合状态检修试验标准要求，试验合格。A相避雷器已炸裂，无法进行泄漏电流试验，基座绝缘为0。随后检修人员拆除三相避雷器及一次引线，协调调拨其他110千伏输变电工程备品备件到达现场，随即更换现场三相避雷器，恢复一次引线，三相避雷器更换完毕，电压互感器试验合格后送电成功。
图2 现场避雷器更换后照片
四、原因分析
110kV变站内110kVI母电压互感器A相避雷器击穿，导致A相避雷器与电压互感器之间的引流线断开后接地，是导致本次保护跳闸的直接原因。现对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
图3 避雷器内部结构等效电路图
该厂家型号的避雷器结构如图3所示，由外到内依次为：复合硅橡胶护套、环氧管、氧化物电阻片。避雷器上半部分为氧化锌电阻片串联堆叠，下半部分为下电极导电杆（钢），下电极导电杆与底座之间通过底座绝缘垫块（红色方块所示）隔开，避雷器下极引出线位置在下部电阻片处，靠近底座垫块的位置。正常情况下，避雷器上端接高压，泄露电流通过下极引出，经过放电计数器流入地网。
（1）A相故障避雷器解体情况：试验人员对避雷器进行拆解，解体发现A相避雷器内部上部分氧化锌电阻片基本为灰色粉末状固体,占总长约1/2，明显为长时间过电流发热引起的绝缘损坏，能量聚集到一定程度造成上端烧焦、炸裂；中部下电极导电杆呈银白色；下部导电杆有大面积铁锈，有受潮迹象，占总长约1/5；下电极周围出现烧黑痕迹，未见外部向下放电通道；底座绝缘垫块已经被电弧烧成炭黑色，如图4所示。
图4 A相故障避雷器解体情况
（2）B相避雷器解体分析：对B相避雷器解体发现，底座垫块与下电极导电杆有两处带状发热痕迹（其中一条靠近下电极引出线），导电杆对应位置均有明显锈迹，与底座垫块接触的底座螺栓固定金属块有生锈痕迹，上电极及电阻片检查完好如图5所示。
图5 B相故障避雷器解体情况
（3）C相避雷器解体分析：对C相避雷器解体发现，底座垫块有一条明显线形放电通道，在导电杆相应位置有放电点，底座垫块靠近下电极引出线处有一处带状发热痕迹，并在导电杆相应位置有生锈痕迹，如图6所示。
图6 底座螺栓底部放电痕迹
综合以上试验检查和解体分析：
1.该避雷器的内部故障是由于底部受潮导致，避雷器底部受潮后底座绝缘垫块的绝缘性能下降，不足以承受下电极对地电压，并在绝缘垫块与下电极导电杆上形成放电通道并伴随发热；随着故障的发展，放电通道会进一步向导电杆上部发展形成放电路径，加剧了避雷器内部受潮，同时避雷器底部的放电通道旁路了下部受潮的电阻片，剩余的电阻片则承受了整体相电压，进一步加剧上部未受潮电阻片的发热，最终导致避雷器上部绝缘击穿，B、C相避雷器的解体情况也很好地印证了这一结论。
这种绝缘基座内置的避雷器，制作工艺不良的情况下，在长期运行过程中，可能存在密封老化，导致潮气进入，B、C相靠近下电极引出线处的带状发热痕迹和锈迹印证了这一结论。
2.避雷器内部绝缘受潮导致顶部炸裂原因分析
对于多元件串联结构的氧化锌避雷器，当轻度受潮时，通常因电阻片电容较大而只导致受潮元件本身阻性电流增加并发热，当严重受潮时，阻性电流可接近或超过容性电流，在受潮元件温升增加的同时，非受潮元件的功率损耗和发热开始明显，甚至超过受潮元件的发热数值，当受潮进一步恶化时，还会伴有局部温升高于整体温升的现象。正是这个原因，该避雷器底部受潮后出现上部绝缘击穿事故发生。
3.三种不同型式结构避雷器可靠性分析
昌吉电网内110kV及以上电压等级的避雷器底座形式大致分以下三种：a.升高座形式，b.绝缘螺栓形式，c.内部绝缘垫块形式，如下图所示。
图7 避雷器底座形式
a.升高座形式。该类避雷器多为高电压等级避雷器（110千伏及以上），采用纯瓷或复合绝缘外套，机械强度高，底座绝缘强度高。
b.绝缘螺栓形式。该类避雷器为复合绝缘护套避雷器常用的结构形式，这种避雷器重量轻，避雷器本体一体性好，但是零部件多，地脚螺栓外绝缘护套在长期运行下存在绝缘开裂的情况，后期运行中出线问题需要对零部件进行更换。
c.内部绝缘垫块形式。这种形式底座的高压避雷器网内很少，优点在于一体性好，但是下电极单独开孔引出，需要特别关注密封性能。
图8 常规复合绝缘避雷器结构
图9 故障避雷器下电极引出孔
针对常规复合绝缘避雷器而言，采用一体化设计由外到内由硅橡胶护套、环氧管、电阻片组成，上下级由带凹槽结构的金具过渡后引出，如图9所示，该金具凹槽在绝缘浇筑后能很好的起到防潮作用。本次故障的复合绝缘避雷器上电极也有类似的结构，但是由于下电极直接开孔引出，如果制作工艺不好或者长时间户外运行，可能密封不良受潮，故障避雷器下级引出线如图9所示，能直接看到电阻片。综合以上分析，下电极直接径向开孔引出的结构可能是该避雷器绝缘受潮的重要原因。由于新疆春冬季温差大，加上春季降水多，设备热胀冷缩后可能造成内部受潮。
4.避雷器运维检修分析：试验人员查阅了历史报告，2017年试验人员对该间隔避雷器、放电计数器进行试验，各项试验数据合格，且检修未超周期。故障当天，故障相避雷器监测器显示为8次。同时查阅了带电检测的历史数据，并未发现有发热情况，如图10所示。根据该避雷器结构及解体情况看，可能为去年冬天至今这段时间内避雷器底部连接螺栓部位存在密封老化，潮气不断进入避雷器本体，最终导致事故发生。由于避雷器底座被击穿，形成放电通道，泄漏电流未全部从避雷器监测器流过，一部分泄露电流通过放电通道流入地网，导致可能存在避雷器的泄漏电流增大，但从避雷器监测的示数上未能体现的情况。另外，泄漏电流带电测试工作也未能开展，后期对于泄漏电流带电测试不满足安全距离的设备检修中心将采取改造或者加装在线监测的形式对避雷器泄露电流进行测试。
图10 历史红外测温照片 （副运行）
5.该母线设备为用户采购，该避雷器设备的制造工艺，存在不能严把关问题。