500千伏氧化鋅避雷器故障判斷與分析

1、 500千伏氧化鋅避雷器故障判斷與分析 摘 要：氧化鋅避雷器是保護(hù)電氣設(shè)備免受雷擊時(shí)高瞬態(tài)過電壓危害,并限制續(xù)流時(shí)間,也常限制續(xù)流賦值的一種保護(hù)設(shè)備,在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用十分廣泛。此文通過500 kv變電站一起線路故障跳閘分析,闡述了氧化鋅避雷器在運(yùn)行中出現(xiàn)內(nèi)部故障、無法承受相應(yīng)的電壓導(dǎo)致內(nèi)部絕緣擊穿,造成運(yùn)行中避雷器的損壞而發(fā)生故障的典型案例,提出故障的分析辦法和解決的相應(yīng)措施。關(guān)鍵詞：避雷器，多重雷擊，吸收能量，校核在電力系統(tǒng)運(yùn)行期間，避雷器故障十分常見，其中避雷器內(nèi)部故障原因多樣，危害較大，若不加以及時(shí)有效的解決，勢必會在一定程度上影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，故正確認(rèn)識避雷器內(nèi)部故障帶來的危害

2、，認(rèn)真分析其故障原因并積極尋求解決之道，不僅重要而且必要。1. 事件概述2019年4月11日22時(shí)07分29秒，500kv某甲線發(fā)生a、b相間短路故障，線路跳閘，重合閘閉鎖。22時(shí)45分39秒，強(qiáng)送500kv某甲線后立即出現(xiàn)a相接地故障，線路跳閘?，F(xiàn)場巡查發(fā)現(xiàn)500kv某甲線a相避雷器損壞，防爆閥動(dòng)作。事發(fā)時(shí)為雷雨大風(fēng)天氣。2. 現(xiàn)場檢查運(yùn)行人員現(xiàn)場檢查500kv某甲線a相避雷器防爆閥動(dòng)作，噴弧口下方瓷套表面熏黑，放電計(jì)數(shù)器燒毀。b、c相避雷器外觀未見異常，檢查b相避雷器放電計(jì)數(shù)器記錄動(dòng)作1次，c相避雷器未動(dòng)作。查看故障錄播情況，在故障起始時(shí)刻，a、b相電壓（ua、ub）發(fā)生明顯畸變，a、b相

3、電流（ia、ib）大幅增加，電流大小相等、極性相反，系統(tǒng)未出現(xiàn)明顯零序電流（3io），故障類型為a、b相間短路。故障持續(xù)約2個(gè)周波，約40毫秒。故障電流切除后，a、b相同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)波形幅值幾乎相同的操作過電壓，第1個(gè)過電壓為正極性，峰值電壓約為860kv，持續(xù)約3ms；第2個(gè)過電壓為負(fù)極性，峰值電壓約為760kv，持續(xù)約3.6ms。線路強(qiáng)送合閘后5.6ms，a相電壓（ua）突變?yōu)榱?，a相電流（ia）大幅增加，呈正弦波形，零序電流（3io）大幅增加，且與a相電流（ia）波形幅值相同，故障類型為a相接地短路。故障持續(xù)約2個(gè)周波，約40毫秒。2019年4月11日 22時(shí) 07分29秒424毫秒，50

4、0kv某站500kv主一、主二保護(hù)啟動(dòng)，10ms時(shí)電流差動(dòng)跳5041開關(guān)、5042開關(guān)，故障相別a、b相，重合閘閉鎖，主一保護(hù)故障測距20.2km，主二保護(hù)故障測距20.3km。主一故障電流7.71a，主二故障電流7.68a。2019年4月11日22時(shí)45分，調(diào)度強(qiáng)送500kv某甲線不成功，保護(hù)動(dòng)作顯示4月11日22時(shí)45分39秒960毫秒，500kv某站500kv主一、主二保護(hù)啟動(dòng)，10ms時(shí)電流差動(dòng)跳5041開關(guān)，29ms時(shí)距離加速動(dòng)作，故障相別a相，主一保護(hù)故障測距0km，主二保護(hù)故障測距0.1km。主一故障電流7.79a，主二故障電流7.74a。綜上分析，保護(hù)正確動(dòng)作。輸電人員對500

5、kv某甲線進(jìn)行巡視，發(fā)現(xiàn)500kv某甲線n38塔小號側(cè)10余米處a、b相子導(dǎo)線均有明顯的放電痕跡，其余線段巡查未發(fā)現(xiàn)異常。判斷a、b相線路因漂浮物發(fā)生相間短路。故障后，試驗(yàn)所人員對500kv某甲線避雷器進(jìn)行試驗(yàn)，a相避雷器（故障避雷器）絕緣電阻小于5兆歐，無法進(jìn)行直流泄漏試驗(yàn)，b、c相避雷器直流泄漏試驗(yàn)合格。3. 避雷器解體分析500kv某甲線a相避雷器為瓷套型避雷器，由3節(jié)組成，每節(jié)為獨(dú)立結(jié)構(gòu)，主要由瓷外套、法蘭、芯體、密封及防爆結(jié)構(gòu)等組成，其中芯體由電阻片、鋁墊級、環(huán)氧玻璃絲絕緣桿（后文簡稱絕緣桿）組成，密封及防爆結(jié)構(gòu)由外向內(nèi)依次為蓋板、防爆膜、密封膠圈、蓋板、密封膠圈。檢查避雷器外觀，瓷

6、套及法蘭完好，三節(jié)避雷器的防爆閥都已動(dòng)作，噴出的高溫氣體將端部的蓋板熏黑，并在瓷套表面上形成燒灼痕跡，依次將上節(jié)、中節(jié)、下節(jié)避雷器解體，打開避雷器兩端的蓋板，檢查蓋板、防爆膜、密封膠圈情況。防爆膜中間部分被高溫氣體沖掉，殘余部分正常，檢查密封面干凈光潔，密封膠圈無變形，彈性良好。將避雷器內(nèi)部芯體抽出，發(fā)現(xiàn)芯體從中部斷裂，電阻片碎裂，絕緣桿熔斷。觀察電阻片，碎裂部位呈不規(guī)則形狀，電阻片側(cè)面絕緣釉保持完整，未見電弧通道。從解體結(jié)果看，避雷器密封面和密封膠圈未見異常，推斷避雷器密封良好。芯體絕緣未見異常，故障電流從電阻片內(nèi)部通過造成碎裂，排除受潮導(dǎo)致芯體絕緣不良。4. 原因分析從避雷器解體情況看，密

7、封面及密封膠圈正常，近三年的預(yù)試結(jié)果正常，因此可排除避雷器密封不良內(nèi)部受潮而造成本起故障。線路相間短路故障及跳閘后的操作過電壓未使避雷器損壞。從錄波圖可知，在a、b相間短路時(shí)刻，兩相電壓波形發(fā)生畸變，電壓幅值降低，系統(tǒng)未出現(xiàn)零序電流，說明a相線路未發(fā)生接地故障，因此判斷在a、b相間短路期間避雷器未損壞。在線路跳閘后，a、b相立即產(chǎn)生兩個(gè)操作過電壓，峰值電壓超過避雷器動(dòng)作電壓，計(jì)算避雷器在兩個(gè)操作過電壓期間吸收的能量可使避雷器內(nèi)部溫升37.6k，而避雷器設(shè)計(jì)最高耐受溫升為100k，因此a、b相避雷器能夠耐受兩次操作過電壓沖擊?，F(xiàn)場對b相避雷器試驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)避雷器正常。500kv某甲線a相線路在相

8、間短路跳閘后經(jīng)歷9次雷電繞擊，其中8個(gè)屬于多重雷擊；4個(gè)雷電流超過20ka；2個(gè)與500kv某站距離約5km，4個(gè)距離9km。而a相線路位于下相，是雷電繞擊概率較高的相別。gb 11032交流無間隙金屬氧化物避雷器中動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)規(guī)定，電阻片需能耐受兩次沖擊，間隔時(shí)間為50s-60s，即在兩次沖擊試驗(yàn)間隔，電阻片溫升恢復(fù)正常，未考慮避雷器耐受百毫秒級多重雷擊的嚴(yán)苛工況。a相線路遭受多重雷擊后，避雷器在百毫秒時(shí)間間隔多次流經(jīng)大電流，能量的累積造成避雷器內(nèi)部溫升超過限值，電阻片劣化，已無法繼續(xù)承受后續(xù)的系統(tǒng)電壓，這一點(diǎn)，由錄波圖上線路強(qiáng)送5.6ms后a相避雷器即發(fā)生接地短路得到佐證。5. 暴露問題及

9、解決措施探討本次事件是多重雷擊的雷電侵入波對變電站線路側(cè)出線避雷器的正常運(yùn)行是一個(gè)考驗(yàn)?，F(xiàn)有規(guī)程gb 11032交流無間隙金屬氧化物避雷器對避雷器通流容量的校核沒有考慮在短時(shí)間內(nèi)承受多重雷擊的能量吸收，在這種嚴(yán)苛工況下，需考核避雷器在短時(shí)間（百毫秒）多次動(dòng)作的能量耐受能力。避雷器放電計(jì)數(shù)器為機(jī)械式結(jié)構(gòu)，對于在百毫秒時(shí)間間隔避雷器多次動(dòng)作的情況無法準(zhǔn)確記錄動(dòng)作次數(shù)，并且在避雷器故障時(shí)，放電計(jì)數(shù)器一般都因流過大電流而損壞，無法獲得避雷器動(dòng)作情況信息，造成線路雷電活動(dòng)情況分析困難。為避免發(fā)生重復(fù)性事件，應(yīng)嚴(yán)格按照公司電力設(shè)備檢修試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行避雷器的運(yùn)行維護(hù)。對于線路重合閘失敗，且雷電定位系統(tǒng)顯示線路遭受重復(fù)雷擊的變電站出線避雷器，應(yīng)結(jié)合停電機(jī)會對避雷器進(jìn)行直流泄漏試驗(yàn)，以評估避雷器的健康狀況；停電之前進(jìn)行帶電測試，并加強(qiáng)紅外監(jiān)測?？紤]開展多重雷擊對避雷器運(yùn)行影響評估和提高避雷器在多重雷擊作用下的能量耐受能力等職創(chuàng)研究課題。結(jié)束語：本次事件是在線路短時(shí)間遭受多次的重復(fù)雷擊的極端天氣條件下發(fā)生的，具有偶然性，事故的根本原因是現(xiàn)