摘要：避雷器是保护电力系统正常运行的重要设备，其安全性能对于电力网络可靠运行具有重要意义。介绍了一起330 kV氧化锌避雷器故障事件，通过对设备进行一次检查及试验、解体检查、直流泄漏及绝缘试验、扫描电镜分析以及污秽取样分析，确定故障原因为在故障前系统发生一次过电压冲击扰动，避雷器在经受系统过电压后，避雷器电阻片因本身质量存在缺陷，导致电阻片进一步劣化，劣化电阻片发热并发生热崩溃，进而导致上节内部芯体贯穿性放电击穿、内部闪络。上节防爆口因闪络动作后，喷溅出的铝蒸汽等金属粉末附着在下节避雷器瓷套表面，导致外绝缘间隙距离缩短、电场分布发生变化，从而在外表面发生贯穿性放电。该故障分析对避雷器选型和检测提出更高要求，也为今后同类隐患排查提供重要经验参考。

　　关键词：氧化锌避雷器；故障诊断；扫描电镜

　　Fault Diagnosis Analysis and Treatment of 330 kV Zinc Oxide Arrester

　　Dai Liqing1，Xu Tiesheng2

　　(1.Machinery and Intelligent Manufacturing College,Fujian Chuanzheng Communications,Fuzhou 350007,China;2.State Grid Qinghai Power Co.,Ltd.,Inspection and Repair Branch,Xining 810003,China)

　　Abstract:Lightning arrester is an important equipment to protect the normal operation of power system,and its safety performance is of great significance to the reliable operation of power network.A failure event of 330 kV zinc oxide arrester is introduced.Through the inspection and test of the equipment,disintegration inspection,DC leakage and insulation test,scanning electron microscope analysis and pollution sampling analysis,it is determined that the failure cause is an overvoltage shock disturbance occurred in the system before the failure.After the arrester is subjected to the system overvoltage,arrester resistance sheet due to its own quality defects,leading to further deterioration of the resistance sheet,deteriorated resistance sheet heating and thermal collapse,resulting in the internal core of the upper section penetration discharge breakdown,internal flassion.Due to the flasshy action of the upper section explosion-proof port,the metal powder such as aluminum steam spilled out adheres to the porcelain sleeve surface of the lightning arrester in the lower section,leading to the shortening of the distance between the outer insulation gap and the change of the electric field distribution,resulting in the penetration discharge on the outer surface

　　Key words:zinc oxide arrester;fault diagnosis;scanning electron microscope

　　0引言

　　避雷器是保护电力系统免受过电压侵害的重要电气设备[1-3]，利用其非线性伏安特性或是间隙让其在正常电压情况下流过极小的电流；当过电压作用时，电阻急剧下降，释放雷电或因操作引起的过电压能量，从而减小过电压对电网设备及线路造成的损坏影响，起到保护电力系统免受过电压灾害的重要作用[4-6]。氧化锌避雷器具有伏安特性连续平坦，过电压时响应速度快，安装及运行检测均较为方便等优点，被广泛应用于各级线路及设备中[7-9]，能够限制雷击引起的浪涌过电压以及操作过电压对电网和相关设备的影响，其运行性能的优劣对电网一次设备的安全稳定运行具有及其重要的影响[10-12]。但近年来已经发生了多起因氧化锌避雷器内部受潮、电阻片老化、甚至避雷器爆炸等多种故障发生[13-17]，严重影响了电力系统安全稳定运行。

　　本文基于一起330 kV氧化锌避雷器电阻片因质量存在缺陷，在经受系统过电压后，导致上节内部芯体贯穿性放电击穿、内部闪络异常情况，继而发生330 kV变电站主变压器(简称主变)因差动保护动作跳闸的事故。对变压器及避雷器进行故障在线监测检查、外观检查，对变压器进行油色谱试验，对主变避雷器泄漏电流试验、底座绝缘电阻测试、计数器测试、直流泄漏及绝缘试验，并对其进行解体分析、利用扫描电镜对避雷器进行取样分析以及污秽分析，确定发生异常的原因。检测数据的系统分析和处理方法，可为同类型避雷器运行维护提供经验借鉴。

　　1故障简述

　　某330 kV变电站主变330 kV侧B相避雷器故障，330 kV变电站主变跳闸，主变A相比率差动保护动作、B相比率差动保护动作、A相差动速断动作、B相差动速断动作、B相分相差动动作。设备根据巡查规定，按照15日1次的周期进行避雷器专项巡视，记录避雷器在线监测仪监测的实时泄漏电流数据，并记录避雷器了动作次数，设备状态原巡视无异常。

　　2故障处理情况

　　2.1一次设备检查情况

　　现场检查断路器三相均在分位，主变330 kV侧GIS设备及330 kVⅡ母母线、主变110 kV侧GIS设备及110 kVⅡ母母线各气室压力均正常，设备外观无异常，主变本体检查正常，主变330 kV侧B相避雷器上下两节外护套表面均存在放电痕迹。避雷器防爆口被冲开，如图1所示。

　　主变330 kV侧A、C相避雷器外观检查一切正常，三相避雷器在线监测仪记录避雷器动作次数：A相14次；B相13次；C相13次。A相避雷器较上次记录数据增加一次动作。

　　2.2试验检测情况

　　(1)主变本体绝缘油色谱试验合格，试验数据如表1所示。

　　(2)主变330 kV侧A、C相避雷器泄漏电流试验、底座绝缘电阻测试及计数器测试，试验数据均合格，如表2~4所示。

　　通过现场检查及试验情况，确定故障设备为主变330 kV侧B相避雷器，现场其余设备状态正常。

　　故障发生后，检查站内监控信息，发现故障前系统发生一次过电压冲击扰动，启动#主变故障录波，瞬时突变启动值为4.68 V。判断在此时发生主变330 kV侧A相避雷器计数器记录数据增加一次动作。检查雷电监测系统，故障发生前2个月，330 kV变电站及其送出线路区域未监测到线路落雷情况。主变330 kV侧B相故障避雷器更换后，主变投入运行，设备投运后带电检测无异常，设备运行正常。

　　3解体检查情况

　　3.1主变330 kV侧B相避雷器外观检查情况

　　对主变330 kV侧B相避雷器进行外观检查，上节避雷器上下法兰防爆口均已动作，避雷器内部已释压，防爆口附近区域存在电弧灼伤痕迹，避雷器瓷套外表面存在灼伤痕迹。

　　下节避雷器上下法兰防爆口未动作，避雷器内部未释压，避雷器瓷套外表面存在严重灼伤痕迹，避雷器底座处存在放电痕迹，如图2所示。

　　3.2主变330 kV侧B相上节避雷器检查情况

　　(1)对主变330 kV侧B相上节避雷器进行解体检查，避雷器瓷套内部芯体存在严重贯穿性放电痕迹，氧化锌电阻片受损严重，其中13片电阻片击穿崩裂，3片电阻片开裂，芯体环氧树脂紧固件均因过电压及高温而碳化，氧化锌电阻片间铝垫块表面存在热熔痕迹。避雷器内部芯体及瓷套内表面、密封面均未发现明显受潮痕迹，如图3所示。

　　(3)主变330 kV侧B相上节避雷器内部芯体绑缚的吸附剂袋被烧毁，绑扎带热熔在芯体根部，吸附剂散落于避雷器瓷套内，瓷套内表面因电弧灼烧而劣化，表面釉体大量脱落，如图4所示。

　　(4)主变330 kV侧B相上节避雷器电阻片存在放电灼伤及开裂等情况，芯体上部起始第1、2、3、5、6、17、22、23、25、26号电阻片存在放电痕迹，且第1、2号电阻片严重受损，内部电弧灼伤痕迹明显；第4、7、18号电阻片开裂，开裂面无灼伤痕迹；第8、9、10、11、12、13、14、15、16、19、20、21、24、28号电阻片表面有硫化痕迹，主体完好，如图5所示。

　　3.3主变330 kV侧B相避雷器下节检查情况

　　对主变330 kV侧B相下节避雷器进行解体检查，内部芯体完整无异常，避雷器内部芯体及瓷套内表面、密封面均无受潮痕迹，如图6所示。

　　(1)主变330 kV侧B相上节避雷器内部贯穿性放电故障，上节避雷器内部芯体灼伤严重，内部芯体氧化锌电阻片间铝制垫块存在热熔现象，上节避雷器为内部闪络；下节避雷器内部检查无异常，避雷器外瓷套表面放电痕迹为外部沿面放电击穿闪络造成。

　　(2)主变330 kV侧B相上节避雷器第1号电阻片严重受损，内部电弧灼伤痕迹明显，从电阻片受损痕迹初步判断放电起始位置为上节避雷器第1号电阻片。

　　4设备试验情况

　　4.1避雷器直流泄漏及绝缘试验

　　对主变330 kV侧B相下节避雷器进行直流泄漏及绝缘试验，直流参考电压224 kV，直流泄漏电流24μA，底座绝缘13.75 GΩ，试验数据合格。

　　4.2扫描电镜分析

　　对主变330 kV侧B相下节避雷器外护套表面放电通道处进行取样成分分析，分析结果如下。

　　故障发生后对避雷器外观进行检查发现下节瓷外套部分伞裙上存在黄色附着物，且分布位置及深浅程度无明显规律，经过场发射扫描电子显微镜分析，1号样品中成分较高的元素为氧、硅、铜、铝，含量分别为41.2%、23.8%、14.6%、6.2%；2号样品中成分较高的元素为氧、硅、铝、铁，含量分别为37.4%、25.9%、8.2%、7.6%。报告如图7~8所示。

　　4.3污秽取样分析

　　对主变330 kV侧B相下节避雷器外护套表面进行污秽取样分析，分析结果如表5所示。

　　憎水性测试结果如表6所示。主变330 kV侧B相下节避雷器内部电阻片无异常，避雷器外瓷套表面盐灰密及憎水性均符合要求，外瓷套表面电弧通道中存在铜、铝、铁等成分，且铝含量较大。

　　5故障原因分析与防范措施

　　通过对故障避雷器解体检查及后续试验结果进行综合分析，判断导致主变330 kV侧B相避雷器故障的原因为如下。

　　在故障前系统发生一次过电压冲击扰动，主变330 kV侧B相避雷器在经受系统过电压后，上节避雷器内部1号氧化锌电阻片因质量存在缺陷，导致电阻片进一步劣化，劣化电阻片发热并发生热崩溃，进而导致上节内部芯体贯穿性放电击穿、内部闪络。

　　上节避雷器击穿瞬间泄压并从防爆口喷溅出放电灼烧生成物，上节避雷器内部高温电弧灼烧电阻片铝制垫块，因此，泄压瞬间防爆口喷溅物中包含铝蒸汽或铝液等金属成分。下节避雷器外护套在上节避雷器防爆口喷溅瞬间因铝蒸汽或铝液等金属粉末附着，导致外绝缘间隙距离缩短、电场分部发生变化，瞬间击穿下节避雷器外瓷套表面空气间隙，从而在外表面发生贯穿性放电，主变330 kV侧B相短路接地，保护动作并跳开主变三侧断路器，如图9所示。

　　根据上述分析情况，本次避雷器故障原因是330 kV变电站主变330 kV侧B相上节避雷器内部1号电阻片耐受能力较弱，在长期运行及系统扰动电压下击穿闪络并损伤紧邻2号电阻片，造成2号电阻片击穿，继而引发“雪崩效应”，造成其后电阻片相继损伤击穿，从而引起上节避雷器内部贯穿性闪络。

　　为防范此类故障，建议后续加强以下防范措施如下。

　　(1)对故障相下节避雷器氧化锌电阻片进行试验检测，检查氧化锌电阻片是否存在特性不良等缺陷。

　　(2)排查省内同批次氧化锌避雷器安装情况，对同批次产品进行专项带电检测，明确设备运行状态，确保设备安全可靠。

　　6结束语

　　本文通过分析一起330 kV氧化锌避雷器故障事件，通过对变压器及避雷器进行故障在线监测检查、外观检查，对变压器进行油色谱试验，对避雷器泄漏电流试验、底座绝缘电阻测试、计数器测试、直流泄漏及绝缘试验，并对其进行解体分析、利用扫描电镜对避雷器进行取样分析以及污秽分析，确定了发生事故的异常原因。本文提出利用场发射扫描电子显微镜分析仪对避雷器检查发现的黄色附着物进行物质分析，直观反映出避雷器故障的原因，并且针对事故情况提出了避雷器防范措施。本起氧化锌避雷器故障分析对避雷器选型和检测提出更高要求，也为今后同类隐患排查提供重要经验参考。

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