（广东电网有限责任公司东莞供电局 东莞 523000）
摘要：某500kV避雷器在雷雨天气期间遭受多重雷击，在线路重合闸时出现击穿故障，本文通过对故障避雷器进行解体，深入分析了故障原因，并在避雷器的运行维护及防雷设计选型等方面提出了的改进措施，防范避雷器在雷雨天气下发生故障。
关键词：避雷器；故障；解体；防雷能力
1前言
某500kV变电站某500kV线路侧避雷器每年进行带电测试，并且在故障的三个月前刚进行停电预试，试验结果合格，红外测温也未见异常。虽然试验合格，可是在重复雷击情况下发生损坏。本文通过对故障避雷器的解体分析，提出了防范多重雷击导致避雷器故障的措施。
2 设备概况及故障概况
2.1 设备概况
某500kV避雷器生产厂家为抚顺电瓷厂，型号为Y20W1-444/1063W，于2002年6月投运。自投运以来，严格按照南方电网公司电力检修试验规程、厂家说明书、设备检修维护手册等要求开展运维，设备的整体运行情况良好。
2.2 故障发生经过
2019年X月X日19时41分29秒，某变电站某500kV线路发生C相接地故障，保护动作跳开线路C相，约1s后重合，重合后C相仍有接地故障，线路三相跳闸。20时50分某变电站强送某500kV线路后立即出现C相接地故障，线路跳闸。现场巡查发现该500kV线路侧C相避雷器损坏，防爆阀动作，事发时为雷雨天气。
3检查及处理情况
强送某500kV线路失败后，运行人员到现场对该线路出线侧三相避雷器本体进行初步检查，发现C相避雷器防爆阀动作，瓷外套表面有烧蚀痕迹，放电计数器烧毁，引线烧断，现场散落少量氧化锌电阻片碎块。A、B相避雷器及放电计数器外观无异常。
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图1 故障避雷器检查情况图
3.1 停电试验情况
设备停电后，运维单位对该线路避雷器进行试验，试验结果如表1所示。C相避雷器（故障避雷器）绝缘电阻小于5兆欧，无法进行直流泄漏试验，A、B相避雷器直流泄漏试验合格。
表1 避雷器现场试验结果
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3.2 线路附近雷电活动情况
对三相避雷器放电计数器检查，A相和B相计数均为21次，与最近一次抄表记录相同。C相放电计数器残骸上计数为22次，较最近一次抄表记录增加1次，可知C相避雷器在本次雷击故障过程中正确动作1次。
根据雷电定位系统查询结果，当日某500kV变电站及某500kV线路周边为雷雨天气。查询雷电定位系统，设置线路走廊半径2km，在线路C相接地短路跳闸前1小时共查询到393次落雷，雷电活动剧烈；在线路C相接地短路跳闸时刻前后5分钟，共查询到72次落雷；在线路C相接地短路跳闸后至强送的69分钟内，共查询到350次落雷（如下图2所示）。
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图2 雷电活动情况示意图
3.3 录波图检查情况
查阅录波图，在故障起始时刻，C相电压发生畸变，C相电流大幅增加，零序电流产生，与C相电流大小相等、极性相反，故障类型为A相间接地短路。故障持续约2个周波，约40毫秒。
线路C相跳闸后约1s，重合闸动作，C相电压接近零电位，C相电流大幅增加，零序电流产生并且与C相电流大小相等、极性相反，故障类型为A相间接地短路。故障持续约2个周波，约40毫秒。
在C相线路跳闸后至重合闸前，C相上出现较为明显的感应电压，并且存在脉冲波形。
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图3 重合闸和线路强送时录波图
3.4 解体情况
解体前，检查三节避雷器外观，瓷套结构完好，喷弧口下方瓷套表面有高温烧蚀痕迹，瓷套表面有少量积污，法兰完好，三节避雷器的防爆阀都已动作，端部盖板熏黑。
打开避雷器两端的盖板，检查盖板、防爆膜的密封情况，发现密封胶圈无变形，弹性良好，判断避雷器的整体密封情况良好。将避雷器内部芯体抽出，发现芯体绝缘筒表面熏黑，有破裂痕迹。将芯体内电阻片取出后，发现上节电阻片已呈粉碎状，中节和下节电阻片除部分碎裂外，大部分都保持完整。
从解体结果可推断，故障电流从电阻片内部通过造成碎裂。对于电阻片碎裂面的两种状态，判断电阻片应是受到2次大电流冲击：第1次冲击后，部分电阻片碎裂；在第2次冲击时，碎裂电阻片断口位置被高温灼烧变黑，剩余的部分完好电阻片发生碎裂。
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图4 解体情况示意图
4 故障原因分析
根据故障录波图、雷电定位系统信息、试验及解体等情况，原因分析如下：
4.1 设备机理分析
避雷器运行维护正常，预防性试验结果正常，避雷器故障前状况良好。另外，从避雷器解体情况看，密封面及密封胶圈正常，避雷器内部没有明显电弧通道，因此可排除避雷器密封不良及内部受潮而造成故障。
从录波图和雷电定位系统可知，在线路跳闸时刻前后5分钟，共查询到72次落雷，雷电活动剧烈。C相线路位于下相，是雷电绕击概率较高的相别。C相线路遭受多重雷击后，避雷器在百毫秒时间间隔多次流经大电流，能量的累积造成避雷器内部温升超过限值，电阻片劣化，无法继续承受后续的系统电压，这一点，由录波图上重合闸时C相电压接近零电位得到佐证。
4.2 故障发展过程
500kV线路受雷电绕击发生C相接地故障，在线路跳闸后到重合闸的约1秒时间内，C相线路遭受11次雷电绕击，C相避雷器短时间内连续吸收多重雷击行波的能量，内部温升超过限值，电阻片劣化，线路重合时，避雷器在系统电压下发生热崩溃，短路接地，防爆阀动作，持续时间40ms的工频短路电流使得避雷器内部电阻片损坏。后强送时，已经损坏的避雷器内部再次流过大电流，内部继续烧损。
根据GB 11032《交流无间隙金属氧化物避雷器》中对动作负载试验的规定，电阻片需能耐受两次冲击，间隔时间为50s-60s，即在两次冲击试验间隔，电阻片温升恢复正常。因此，本次避雷器故障是在线路短时间遭受多次的重复雷击的极端天气条件下发生的，具有偶然性。其根本原因是现行设计的避雷器能量校核并未考虑这种严酷的运行工况，避雷器吸收的能量超过其短时承受能力。
5 防范对策
为防范避雷器在线路遭受雷击时发生故障，提出以下防范对策：
一是运行人员日常巡视应关注避雷器动作次数，若检查周期内动作次数过多（超过3次），或确认受连续雷击侵入波过电压影响的，应进行停电预试，确保避雷器状态正常。
二是采用红外测温、带电测试等手段对避雷器进行测试，如果发现数据异常，应进行停电预试。
三是500kV线路雷击跳闸强送前，查询线路走廊附近落雷情况及故障录波图，对避雷器进行红外检测（三相横向比较），检查避雷器防爆口状态，并开展直流参考电压及泄漏电流试验（有条件时），综合判定避雷器是否具备强送条件。
6 结束语
多重雷击的雷电侵入波对变电站线路侧出线避雷器的正常运行是一个考验。现有规程GB 11032《交流无间隙金属氧化物避雷器》对避雷器通流容量的校核没有考虑在短时间内承受多重雷击的能量吸收，在这种严苛工况下，需考核避雷器在短时间（百毫秒）多次动作的能量耐受能力。后续在避雷器的设计及选型时，需考虑多重雷击对避雷器运行的影响，提高避雷器在多重雷击作用下的能量耐受能力。
参考文献：
[1]廖民传，蔡汉生，吴小可，贾磊，胡上茂. 多重雷击对线路避雷器的冲击影响研究[J].电瓷避雷器，2019（06）
[2]吴德贯，周禹，余忠田，潘凯，李红元. 一起500kV金属氧化物避雷器故障分析[J]. 电瓷避雷器. 2013（03）
论文作者:刘健达
论文发表刊物:《电力设备》2019年第19期
论文发表时间:2020/1/15
标签：避雷器论文; 线路论文; 故障论文; 电阻论文; 雷电论文; 情况论文; 动作论文; 《电力设备》2019年第19期论文;