目前电力系统所使用的避雷器主要为金属氧化物避雷器 (简称避雷器),其运行的可靠性对保证电力系统安全运行起着非常重要的作用〔1-3〕。避雷器能释放雷电或操作过电压能量,保护电气设备免受瞬时过电压危害,又能截断续流,不致引起系统接地短路故障。当过电压值达到规定的动作电压时,避雷器立即动作,流过电荷,限制过电压幅值,保护设备绝缘免遭击穿破坏;电压值正常后,避雷器又迅速恢复原状,以保证系统正常供电〔4-7〕。
然而在实际运行中,由于厂家生产工艺把关不严、材质检测不严格、运行中相关专业人员责任性不到位等原因,运行中避雷器故障时有发生〔8-11〕。本文针对某110 kV母线B相避雷器内部环氧树脂绝缘筒贯穿性击穿接地故障,介绍其带电检测、停电试验及解体过程情况,分析其原因,提出下一步处理及预防措施。
2018年2月25日15时15分,发生B相接地故障,持续时间约410 ms;转AB两相短路接地故障,持续时间约140 ms;转ABC三相短路接地故障,持续时间约460 ms。故障发生后1 s左右保护跳闸,切除故障。该避雷器型号为Y10W2—100/260,出厂日期为1998年7月,投运日期为1999年10月。
2018年7月13日，备受社会关注的安徽省司法厅原副厅长程瀚（副厅级）涉嫌受贿、徇私枉法一案在该省蚌埠市中级人民法院一审宣判：被告人程瀚犯受贿罪，判处有期徒刑十五年，并处罚金人民币400万元；犯徇私枉法罪，判处有期徒刑三年。决定执行有期徒刑十七年六个月，并处罚金人民币400万元。
现在，虽然对合作社没有直接的考核任务，但在精准扶贫和乡村振兴的背景下，一些地方干部和扶贫干部出于政绩宣传的考虑，仍热衷办合作社。
故障间隔内避雷器与电容式电压互感器布置如图1所示。避雷器设备相间距离为135 cm,避雷器A相与电压互感器A相距离为175 cm,避雷器B相与电压互感器A相距离为221 cm。
为进一步查明该避雷器故障原因,对其进行解体分析,解体情况如图7—10所示。解体发现,B相避雷器上下两端防爆膜已损坏,如图7所示;环氧树脂筒严重烧蚀,已碳化,如图8所示;阀片上下表面外观未见放电痕迹,周围外表面被烧黑,如图9所示;正常相避雷器内部阀片及环氧树脂筒外观正常,未见受潮及放电痕迹,如图10所示。
图1 故障间隔设备布置情况
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图2 B相避雷器受损情况
2)A相电压互感器检查情况：瓷套面向B相避雷器侧存在严重的电弧灼烧痕迹,瓷套表面瓷釉已局部脱落;瓷套顶部金属法兰均有不同程度的放电灼烧点,特别是正对B相电压互感器侧和正对B相避雷器侧灼烧最为严重,如图3所示。
图3 A相电压互感器检查情况
3)B相电压互感器检查情况：面向B相避雷器侧,表面附有土黄色的粉末;瓷套顶部金属法兰有不同程度的灼烧痕迹,特别是正对A相电压互感器及C相电压互感器侧灼烧最为严重;瓷套顶部金属法兰与底座金属法兰垂直正对位置有贯穿性放电及灼烧痕迹,如图4所示。
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图4 B相电压互感器检查情况
4)C相电压互感器检查情况：C相CVT瓷套顶部金属法兰有不同程度的灼烧痕迹,正对B相CVT侧灼烧最为严重,如图5所示。
图5 C相电压互感器检查情况
故障避雷器泄压排气口朝向A、B相电压互感器,避雷器发生故障喷出的带电粒子首先导致AB相短路接地,最后发展成A、B、C三相短路接地。
1)红外测温：2017年12月21日红外测温图谱如图6所示,未见明显异常。
2)运行中持续电流测试：查询2015年12月、2016年12月、2017年12月对母线间隔内各相避雷器开展的运行电压下持续电流测试数据,近三年3次阻性电流及全电流数值基本一致,无明显增加。
图6 避雷器红外测温图谱
1)B相避雷器检查情况：上、下泄压通道防爆膜均已冲开,瓷套表面覆盖有严重的黑色碳粉,且正对泄压通道侧粉末厚度要大于泄压通道背部侧;避雷器底座金属法兰、支持构架、泄漏电流表均有严重的放电灼烧痕迹,同时避雷器与泄漏电流表之间的连接铜排已被电弧烧断并跌落在地,如图2所示。
图7 端盖及防爆膜 (防爆膜已损坏)
图8 环氧树脂筒 (贯穿性击穿)
图9 阀片
图10 正常相避雷器内部阀片及环氧树脂筒
1)B相避雷器绝缘电阻为3.6 MΩ,无法开展直流参考电压试验,A、C相避雷器绝缘电阻及直流参考电压试验正常。
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2)解体后对避雷器内部绝缘拉杆及环氧树脂筒进行绝缘电阻测试试验,试验数据见表1,绝缘电阻值严重不合格。
表1 避雷器内部绝缘拉杆及环氧树脂筒绝缘电阻 MΩ
相别 A相 B相绝缘拉杆 环氧树脂筒C相主绝缘 100 000 3.5 3.6 100 000
3)阀片绝缘电阻及伏安特性试验：对故障避雷器的阀片清洁后进行了绝缘试验及伏安特性试验,采用1 000 V兆欧表,绝缘电阻1 GΩ,清洁后每节阀片绝缘性能良好。单个阀片伏安特性曲线如图11所示,表现出良好的非线性特性、拐点明显。
图11 阀片伏安特性曲线
综合试验检测数据及解体情况,分析避雷器击穿的原因如下：
1)阀片上下表面外观未见放电痕迹,去除周围外表面被烧蚀的碳粉黑色物质后,绝缘电阻正常,具有良好的伏安特性,因此可以排除阀片老化或者受潮导致该起故障。
2)阀片外部环氧树脂筒烧蚀严重,解体后测量绝缘电阻仅3.6 MΩ,环氧树脂筒发生贯穿性放电是该起故障的根本原因。环氧树脂筒发生贯穿性放电原因分析：①在正常运行电压、雷击过电压、操作过电压下避雷器阀片均会发热,该环氧树脂筒包围在阀片外部,如图12所示;因此大部分热量需要通过环氧树脂筒传输至外部,热量的传输过程中加速环氧树脂筒老化;②该避雷器运行时间19年,运行中环氧树脂筒出现老化、局部放电等现象,导致其绝缘性能下降,最后满足不了绝缘要求,最终发生贯穿性放电。
图12 避雷器结构
1)避雷器泄压排气通道应通畅,排气通道口不得朝向巡检通道,排出的气体不致引起相间或对地闪络,并不得喷及其他电气设备,在工程设计与安装时应重点考虑。
2)结合红外测温与运行中持续电流检测,能够检测阀片受潮或者老化等缺陷,但是难以检测出环氧树脂筒缺陷,应辅助其它超声波局放、超高频局放等带电检测手段综合分析,必要时停电进行直流试验。
3)厂家进行避雷器设计时,应避免采用阀片被环氧树脂筒包围的结构,采用这种结构存在以下不足：①阀片发热难以及时传输至外瓷套,因此红外测温难以及时发现避雷器缺陷;②环氧树脂筒在运行中本身会发生老化现象,一旦其绝缘水平下降,会发生击穿闪络。
4)避雷器是变电站必不可少的重要设备之一,其稳定运行直接影响到主设备的安全。厂家应不断提高设计、工艺水平,采用性能更佳的原材料;电网检修运维人员应加强对避雷器内部结构的学习,熟练掌握故障分析与处理方法,积极开展带电检测工作,及时掌握避雷器的运行状态。
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