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閱讀提示：本文約 3000 字,，建議收藏后閱讀,！ 國網(wǎng)山西省電力公司技能培訓中心（山西電力職業(yè)技術(shù)學院）、國網(wǎng)山西省電力公司超高壓變電公司的劉建月、張志東,，在2023年第7期《電氣技術(shù)》上撰文,，介紹了一起220kV避雷器爆炸事故的處理過程，參照設備運行狀況和修試記錄,，通過對避雷器的現(xiàn)場解體和仔細檢查,，分析其發(fā)生爆炸的原因，最終確認事故發(fā)生的主要原因是密封不嚴造成的避雷器受潮,。結(jié)合變電站運行情況,，建議有針對性地開展帶電檢測，以及時發(fā)現(xiàn)避雷器的受潮,、老化及其他隱患,，采取適當措施，預防同類事故發(fā)生,。
金屬氧化鋅避雷器是電力系統(tǒng)中廣泛使用的過電壓保護器,，由氧化鋅電阻片、絕緣元件,、密封元件和瓷外套組成,，其中電阻片是核心元件，由氧化鋅和多種金屬氧化物制作而成,，具有優(yōu)良的非線性伏安特性,。在正常工作電壓時，流過避雷器的電流極?。ㄎ不蚝涟布墸?；當過電壓作用時，避雷器電阻急劇下降,，泄放過電壓的能量,，達到保護的效果。在實際運行中,，避雷器長期承受工頻電壓的作用,，內(nèi)部閥片容易老化和受潮，內(nèi)部溫度易升高,，容易發(fā)生爆炸,。因此，為了防止爆炸事故發(fā)生,，有必要對避雷器的運行狀態(tài)進行監(jiān)測并作出科學判斷,。2021年5月20日，某500kV變電站1號主變?nèi)齻?cè)跳閘,。2:01主變中壓側(cè)B相瞬時短路,，短路電流二次峰值達到5.5A（電流互感器電流比為2500/1）,。2:01:30.575，主變保護啟動,；13ms差動保護動作,，73ms故障切除。主變?nèi)齻?cè)開關5012,、5013,、2002、3002均在分位,，其余開關正常運行,，沒有負荷損失。經(jīng)整體更換中壓側(cè)三相避雷器后,，系統(tǒng)恢復運行,。通過現(xiàn)場外觀檢查發(fā)現(xiàn)，1號主變壓器中壓側(cè)220kV等級B相避雷器發(fā)生爆炸而損毀,。該避雷器由非線性氧化鋅電阻片疊加組裝,，密封于瓷絕緣外套內(nèi)，無放電間隙,，有壓力釋放裝置,。避雷器在故障后，上節(jié),、下節(jié)壓力釋放閥均動作,，其均壓環(huán)、本體,、安裝底座處均有電弧燒蝕痕跡,，瓷套表面有多處擊穿爆炸產(chǎn)生的孔洞,、裂痕,。由于大面積放電，瓷套傘裙上有炭黑痕跡,。泄漏電流表損壞,，泄漏電流引下線銅排彎曲變形，設備銘牌脫落,。1號主變壓器中壓側(cè)B相避雷器如圖1所示,。
1號主變中壓側(cè)的避雷器自2007年4月投運以來，已經(jīng)運行14年,。狀態(tài)檢修試驗規(guī)程要求：避雷器直流參考電壓實測值與出廠值相比,，變化不應超過±5%；直流參考電壓不應小于GB 11032和GB/T 50832規(guī)定值,；泄漏電流不應超過50μA（750kV及以下系統(tǒng)避雷器）,。本體上,、下節(jié)絕緣電阻不小于2500MΩ，底座絕緣電阻不小于10MΩ,。2021年4月和5月的停電檢修記錄顯示,，該避雷器例行試驗數(shù)據(jù)包括直流1mA參考電壓、0.75倍直流1mA參考電壓下的泄漏電流,、底座絕緣電阻均在正常范圍,。1號主變中壓側(cè)避雷器例行試驗數(shù)據(jù)見表1。
表1 1號主變中壓側(cè)避雷器例行試驗數(shù)據(jù)狀態(tài)檢修試驗規(guī)程要求：全電流,、阻性電流與參考值相比,，有明顯變化時應加強監(jiān)測。當阻性電流增加1倍時,，必須停電檢查,。在2021年4月6日和5月5日，試驗人員對全站避雷器開展了兩次全電流及其阻性分量帶電檢測,，試驗數(shù)據(jù)均未見異常,。1號主變壓器中壓側(cè)避雷器帶電檢測試驗數(shù)據(jù)見表2。
表2 1號主變壓器中壓側(cè)避雷器帶電檢測試驗數(shù)據(jù)帶電設備紅外診斷應用規(guī)范要求：氧化鋅避雷器溫差為0.5～1K屬電壓致熱型缺陷,，該缺陷為嚴重及以上缺陷,。該避雷器近期的紅外測溫圖譜顯示，本體溫度分布基本均勻,，未見異常,。此外，試驗人員對1號主變壓器進行試驗發(fā)現(xiàn),，油色譜,、直流電阻、介質(zhì)損耗等試驗結(jié)果均正常,，狀態(tài)參數(shù)未見異常,。因此，中壓側(cè)B相避雷器損毀是導致主變?nèi)齻?cè)開關跳閘的主要原因,。檢修人員對爆炸避雷器進行現(xiàn)場逐節(jié)解體檢查,。拆除端蓋后發(fā)現(xiàn)，壓緊彈簧間的導電銅片已熔斷,，防爆膜脫落,，頂蓋嚴重變形，上節(jié)壓力釋放閥動作,，瓷套內(nèi)壁下方根部局部熏黑,，內(nèi)部防爆桶損毀。上節(jié)壓力釋放閥如圖2所示,。
下節(jié)壓力釋放閥動作,，防爆膜脫落,，在放電作用下，瓷套內(nèi)壁被完全熏黑,。下節(jié)壓力釋放閥如圖3所示,。
對比上、下節(jié)損壞情況發(fā)現(xiàn),，上節(jié)電阻片基本完好,，有受潮現(xiàn)象，其下方根部熏黑,，局部附著有黑色粉末,；下節(jié)電阻片大部分損壞，電阻片有缺失和破損現(xiàn)象,，并有電弧擊穿發(fā)展通道,，整體被熏黑，通體附著有黑色粉末,。上,、下節(jié)內(nèi)部對比如圖4所示。上節(jié)防爆膜壓緊環(huán)及底部密封圈內(nèi)均有受潮痕跡,，情況如圖5所示,。所有現(xiàn)象表明，避雷器本體內(nèi)部在爆炸前發(fā)生了劇烈放電,，同時絕緣材料被灼燒而炭化,。
圖5 上節(jié)防爆膜壓緊環(huán),、底部受潮情況操作過電壓,、雷擊過電壓、表面污閃放電,、內(nèi)部放電和內(nèi)部受潮等,，是造成金屬氧化鋅避雷器故障的主要原因。該站內(nèi)一次設備在事故前沒有進行任何操作,，1號主變中壓側(cè)沒有檢測到任何擾動,，故排除操作過電壓的原因；據(jù)氣象部門資料顯示,，當時天氣已轉(zhuǎn)晴，故該變電站和線路上空不存在雷擊情況,，其他兩相避雷器泄漏電流表計數(shù)器都未動作,，故排除雷電過電壓的原因；觀察外表,，未發(fā)現(xiàn)避雷器放電痕跡,，排除表面污閃放電的原因,。通過仔細檢查發(fā)現(xiàn)，1號主變中壓側(cè)避雷器B相上節(jié)防爆膜壓緊環(huán)及底部密封圈內(nèi)有受潮痕跡,，說明內(nèi)部受潮是導致避雷器故障的主要原因,。對設備進行仔細觀察發(fā)現(xiàn)，該避雷器制造工藝存在缺陷,，上節(jié)頂端密封不嚴,。當外部環(huán)境冷熱循環(huán)變化時，避雷器內(nèi)部空氣會膨脹或收縮,，形成呼吸現(xiàn)象,，潮氣侵入密封不好的部位導致放電，并可能導致避雷器在高電壓下發(fā)生爆炸,。事故前幾日,，站內(nèi)連續(xù)降雨，后雖轉(zhuǎn)晴,，但夜晚溫度驟降,，防爆桶上凝結(jié)了大量水汽，導致絕緣距離不夠而致使內(nèi)部放電,，進而造成上節(jié)壓力釋放閥動作,；下節(jié)在上節(jié)短路后，無法承受線路運行電壓導致整體擊穿,，如圖6所示,。由上述分析可知，由于避雷器密封不嚴的工藝缺陷,，最終導致避雷器內(nèi)部受潮而引發(fā)爆炸事故,。
對于運行多年的避雷器，其受潮概率較高,。為了避免避雷器發(fā)生故障,，建議從下面幾方面加強管理：1）在備件到貨驗收階段，全面驗收廠內(nèi)裝配記錄,、組部件抽檢記錄,。此外，對閥片質(zhì)量影響較大的還有電阻片生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)環(huán)境,、原料選用,、工藝要求、工序管理和設備配置等,。2）在輕度受潮時,，大多數(shù)類型的金屬氧化鋅避雷器的閥片電容較大，導致自身阻性電流增加,；在受潮嚴重時,，阻性電流可能接近或超過容性電流,，其會隨受潮程度的加劇而導致內(nèi)部結(jié)露，進而發(fā)生放電擊穿,。通過采用紅外精確測溫,、全電流和阻性電流測試等帶電檢測手段，增加定期巡視頻率,，可以提前發(fā)現(xiàn)此類設備隱患,。但是，對于內(nèi)部帶有防爆桶結(jié)構(gòu)的避雷器的潛伏性故障,，采用紅外熱像檢測不易發(fā)現(xiàn),。由于閥片可能未直接處于受潮環(huán)境中，所以當密封不嚴導致內(nèi)部受潮時,，全電流及其阻性分量帶電檢測可能無法檢測到設備內(nèi)部異常,，應對此類設備進行專項管理。在本文所述故障案例中,，檢修人員更換了1號主變中壓側(cè)的三相避雷器,，并將非故障相返廠進行解體檢查。經(jīng)排查發(fā)現(xiàn),，A相和C相避雷器同樣存在密封不嚴的問題,。為此，公司在停電檢修的基礎上制定了技改計劃,，對同廠家同批次的剩余避雷器進行了整體更換,，同時加強了帶電檢測對比和日常專項巡視。從技術(shù)管理方面,，對運行十年以上的避雷器,，開展專項帶電檢測；從專業(yè)管理方面,，加強運行監(jiān)督,，重視過程驗收和專項跟蹤。綜上所述,，本文提出以下改進方法：1）從源頭上抽檢驗收,，防止因設備制造廠裝配工藝不良，導致避雷器受潮,，引起放電擊穿,。2）雷雨季節(jié)前，對檢測趨勢變化進行分析,，提高定期巡視頻率,。3）采取有針對性的管控措施，尤其是早年采用防爆桶結(jié)構(gòu)的避雷器,，應納入停電計劃,，進行逐步更換。本工作成果發(fā)表在2023年第7期《電氣技術(shù)》,，論文標題為“一起避雷器爆炸事故分析”,，作者為劉建月、張志東,。
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