變電站避雷器常見故障分析與處理

吳躍龍

（貴州省安龍供電局，貴州 安龍 552400）

引言

在有效分析變電站避雷器故障問題過程，應(yīng)該深入工作實(shí)際，積極探索相關(guān)的故障因素，從而才能結(jié)合實(shí)際，制定更加完善的處理策略。

一、避雷器的工作原理、分類及作用

避雷器使被保護(hù)設(shè)備免受雷電沖擊波襲擊的設(shè)備，當(dāng)沿線路傳入變電站的雷電沖擊波超過避雷器保護(hù)水平時(shí)，避雷器首先放電，并將雷電流經(jīng)過良導(dǎo)體安全的引入大地，利用接地裝置使雷電壓幅值限制在被保護(hù)設(shè)備雷電沖擊波以下，使電氣設(shè)備受到保護(hù)。有時(shí)也稱為過電壓保護(hù)器，過電壓限制器，浪涌保護(hù)器、電涌保護(hù)器、防雷器等。有高壓和低壓之分，從組合結(jié)構(gòu)分為間隙類、放電管類、壓敏電阻類（氧化鋅型）、抑制二極管類、壓敏電阻和氣體放電管組合類、碳化硅（閥式）類。作用是釋放過電壓能量，通過并聯(lián)放電間隙或非線性電阻的作用，對(duì)入侵流動(dòng)波進(jìn)行削幅，降低被保護(hù)設(shè)備所受過電壓值，從而起到保護(hù)電氣設(shè)備免受雷電過電壓、操作過電壓、工頻暫態(tài)過電壓沖擊而損壞的一種電器。類型主要有管型（保護(hù)間隙）、閥型和氧化鋅型避雷器，閥型與氧化鋅型避雷器用于變電站和發(fā)電廠的保護(hù)，在500KV及以下系統(tǒng)主要用于限制大氣過電壓，在超高壓系統(tǒng)中還將用來限制內(nèi)過電壓或操作內(nèi)過電壓的后備保護(hù)。保護(hù)間隙主要用于限制大氣過電壓，一般用于配電系統(tǒng)、線路和變電站進(jìn)線段保護(hù)。避雷器通常連接在電網(wǎng)導(dǎo)線與地線之間，然而有時(shí)也連接在電器繞組旁或?qū)Ь€之間。

二、避雷器比較常見的故障及原因分析

（一）避雷器常見的故障

1.避雷器接地體斷落。接地好否直接關(guān)系到避雷系統(tǒng)的性能，不管是直接雷、感應(yīng)雷或其他形式的雷，都將通過接地裝置將電荷泄放到大地，使其與大地的異種電荷中和，因此沒有合理而良好的接地裝置就不能有效地防雷。接地體本身電阻其阻值與接地體幾何尺寸和材質(zhì)有關(guān)，接地體表面與土壤的接觸電阻，其阻值和土壤的性質(zhì)、顆粒、含水量及土壤與接地體的接觸面積及接觸緊密程度有關(guān)。防雷接地電阻值要求大電流接地系統(tǒng)接地電阻應(yīng)符合R≤2000/IΩ，當(dāng)I＞4000A時(shí)可取R≤0.5Ω，小電流接地系統(tǒng)當(dāng)用于1kV以下設(shè)備時(shí)，接地電阻應(yīng)符合R≤125/IΩ，當(dāng)用于1kV以上設(shè)備時(shí)，接地電阻R≤250/IΩ，任何情況下不應(yīng)大于10歐。防雷接地裝置引下線可采用鍍鋅圓鋼或扁鋼，兩端按規(guī)定的焊接長(zhǎng)度焊接達(dá)到電連接。鍍鋅扁鋼焊接不小于其寬度的2倍，三面施焊，當(dāng)扁鋼寬度不同時(shí)，搭接長(zhǎng)度以寬的為準(zhǔn)。鍍鋅圓鋼焊接為其直徑的6倍并應(yīng)雙面施焊，當(dāng)直徑不同時(shí)，搭接長(zhǎng)度以直徑大的為準(zhǔn)。鍍鋅圓鋼與扁鋼連接時(shí)其長(zhǎng)度為圓鋼直徑的6倍。所以造成接地體或引下線斷落或接觸不良的原因可能有安裝焊接施工工藝差，接地材質(zhì)質(zhì)量差，環(huán)境污染銹蝕嚴(yán)重，外力破壞等。

2.外部運(yùn)行環(huán)境的變化導(dǎo)致避雷器外部絕緣瓷套受污或潮，進(jìn)而導(dǎo)致表面出現(xiàn)不均勻的電位分布，加大了內(nèi)部閥片相差于外部瓷套的電位差，有電流存在于避雷器夾縫中。其電位差可能大大增加了設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)工作可承受的電壓值，進(jìn)而增大了相對(duì)電流，加速閥片可熔率，出現(xiàn)高溫?zé)蹆?nèi)部零件的問題，受外力破壞引起瓷套破損、炸裂、閃絡(luò)放電等出現(xiàn)嚴(yán)重的損壞問題。

3.外部條件導(dǎo)致避雷器內(nèi)部元器件受潮，檢查避雷器上端引線處密封是否良好，避雷器密封不良會(huì)進(jìn)水受潮易引起事故，因而應(yīng)檢查瓷套與法蘭連接處的水泥接合縫是否嚴(yán)密，在熱脹冷縮的影響下，增加了內(nèi)套空隙可收縮性，導(dǎo)致大量潮氣侵襲內(nèi)部，出現(xiàn)徑向電流問題，大大增加了避雷器失效的可能性。

4.年久失修等原因?qū)е耑nO閥片等零件設(shè)備出現(xiàn)老化，在冶金環(huán)境中，受大量諧波企業(yè)影響，加速損害ZnO閥片，零件設(shè)備老化嚴(yán)重。制造時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等問題，也會(huì)加劇閥片老化現(xiàn)象。當(dāng)ZnO閥片出現(xiàn)老化問題時(shí)，避雷器退化加速，大大降低了可承受的電壓性能，導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行安全受到威脅。

5.避雷器受到雷電雷擊、電網(wǎng)暫態(tài)過電壓等外力沖擊導(dǎo)致瞬間經(jīng)過避雷器的電流量過大，導(dǎo)致出現(xiàn)超過設(shè)計(jì)值的熱量，瞬間致使避雷器失效。產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)不到要求或設(shè)計(jì)選型達(dá)不到要求，導(dǎo)流能力低下引起爆炸等。

6.在極端惡劣環(huán)境天氣的影響下、一系列原因?qū)е伦冸娬颈芾灼鞒霈F(xiàn)了爆炸現(xiàn)象。

7.放電記數(shù)器或監(jiān)測(cè)儀故障或記數(shù)不準(zhǔn)，泄漏電流指示超標(biāo)。

（二）產(chǎn)生故障的原因

1.產(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān) 部分避雷器故障原因是制造商偷工減料或制作工藝差導(dǎo)致設(shè)備密封不合格、閥片質(zhì)量不過關(guān)，缺乏嚴(yán)格的出產(chǎn)前檢查，導(dǎo)致隱患存在，運(yùn)行過程中不斷凸顯，危害極大。

2.缺乏合理的設(shè)計(jì) 在變電站原始設(shè)計(jì)時(shí)，未充分考慮電網(wǎng)的發(fā)展與未來規(guī)劃，部分企業(yè)在生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生一定的干擾波頻，在設(shè)計(jì)時(shí)并未充分考慮，最終導(dǎo)致設(shè)備不能承載相應(yīng)的環(huán)境壓力，進(jìn)而出現(xiàn)設(shè)備故障。

3.缺乏嚴(yán)格的監(jiān)管維護(hù) 避雷器運(yùn)行過程中，運(yùn)維不到位，走過場(chǎng)，檢修不按計(jì)劃開展、受潮受污染等。監(jiān)管不到位，將導(dǎo)致隱患難以被及時(shí)發(fā)現(xiàn)、解決，最初釀成惡果。

4.缺乏完善監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 現(xiàn)階段部分變電站已對(duì)避雷器實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控，可監(jiān)測(cè)在線故障，但相關(guān)體系仍缺乏運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，部分故障設(shè)備未能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)。

5.外套污染 在運(yùn)營(yíng)環(huán)境中，常常受到空氣、粉塵、灰塵的影響，導(dǎo)致氧化鋅類避雷器易受污染，尤其是在環(huán)境特殊的冶金廠周邊，粉塵金屬比例過大導(dǎo)致外套表面被嚴(yán)重污染，導(dǎo)致電流不能均勻的在外套表面?zhèn)鬏敚黾恿穗娮杵\(yùn)用的壓力，繼而導(dǎo)致電阻片內(nèi)流過的電流大于正常數(shù)值，降低了避雷器的電壓吸收能力，加速電阻片裂化、加重其劣化程度。

6.較差的抗沖擊能力 大部分避雷器在處理過電壓時(shí)，或在雷電天氣條件下會(huì)出現(xiàn)故障。原因之一便是電阻片在制造過程中就存在一定的工藝質(zhì)量不過關(guān)，控制點(diǎn)不嚴(yán)密導(dǎo)致電阻片有較弱的抗沖能力，在此狀況下，不斷的吸收過電壓能量，加大了電阻片的損害程度，加速其劣化進(jìn)而使其不能發(fā)揮技術(shù)性能。

7.放電記數(shù)器或監(jiān)測(cè)儀故障 它是監(jiān)測(cè)避雷器放電動(dòng)作次數(shù)的一種高壓電器，由非線性電阻、電磁記數(shù)器和一些電子元件構(gòu)成。正常運(yùn)行電壓下，流過記數(shù)器的漏電流非常小，記數(shù)器不動(dòng)作。當(dāng)避雷器通過雷電波、操作波和工頻過電壓時(shí)，強(qiáng)大的工作電流從記數(shù)器的非線性電阻通過，經(jīng)過直流變換，對(duì)電磁線圈放電而使記數(shù)器吸動(dòng)一次，來實(shí)現(xiàn)測(cè)量避雷器動(dòng)作次數(shù)的裝置。在結(jié)構(gòu)上采用電阻片取壓，電磁線圈動(dòng)作，記數(shù)器顯示，透明玻璃罩、密封橡皮墊、底座及法蘭等進(jìn)行卡裝密封，高壓出線端從底板中心引出。因此，由于密封不良，動(dòng)作記數(shù)器在運(yùn)行中可能進(jìn)入潮氣或水分，使內(nèi)部元件銹蝕，導(dǎo)致記數(shù)器不能正常動(dòng)作，記數(shù)不準(zhǔn)確。

三、對(duì)策和措施

目前常用的避雷設(shè)備是金屬氧化鋅避雷器，對(duì)保護(hù)主設(shè)備安全及電網(wǎng)的穩(wěn)定有著及其重要的作用。為保證氧化鋅避雷器的安全運(yùn)行及時(shí)發(fā)現(xiàn)或檢測(cè)出氧化鋅避雷器的此類故障，應(yīng)做好以下工作。

（一）精選設(shè)計(jì)

應(yīng)首選有多年穩(wěn)定運(yùn)行實(shí)踐的產(chǎn)品。在選擇生產(chǎn)廠時(shí)，應(yīng)選擇有先進(jìn)的工藝設(shè)備和完善的檢測(cè)手段的生產(chǎn)廠，才能保證所選用的氧化鋅避雷器具有良好的抗老化、耐沖擊性能，在壽命周期內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。

（二）在線監(jiān)測(cè)

增設(shè)在線監(jiān)測(cè)儀，并加強(qiáng)對(duì)在線監(jiān)測(cè)儀的巡檢力度，特別是在雷雨后和易發(fā)生故障的部位增加巡檢次數(shù)。

（三）防污措施

采取必要的防污措施，如定期清掃或涂防污閃硅油。選用防污瓷套型氧化鋅避雷器。

（四）治理諧波

加強(qiáng)電網(wǎng)諧波的治理力度，在有諧波源的母線段增設(shè)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償和濾波裝置，以使電網(wǎng)的高次諧波值控制在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

（五）技術(shù)管理

加強(qiáng)對(duì)氧化鋅避雷器的技術(shù)管理，即對(duì)運(yùn)行在網(wǎng)上的每一只氧化鋅避雷器建立技術(shù)檔案，對(duì)出廠報(bào)告、定期測(cè)試報(bào)告及在線監(jiān)測(cè)儀的運(yùn)行記錄，均要存入技術(shù)檔案，直至避雷器退出運(yùn)行。

（六）定期運(yùn)維檢修

定期對(duì)避雷器進(jìn)行巡視維護(hù)管理，記數(shù)器表面觀察孔上的玻璃有灰塵影響觀察時(shí)，可用布或紙擦去灰塵，不可用撞擊，以免造成損壞，玻璃內(nèi)一旦發(fā)現(xiàn)有結(jié)露，或水珠產(chǎn)生，則說明密封性能已遭破壞，應(yīng)更換處理。定期抄錄泄漏電流值，前后比較變化情況，毫安表有指示，若在綠色范圍內(nèi)，說明瓷套表面的泄漏電流和污穢程度不嚴(yán)重。若在粉紅色范圍內(nèi)，在晴天的情況下，表面污穢開始逐步加重，如果增加到紅色范圍內(nèi)則說明污穢很嚴(yán)重，請(qǐng)及時(shí)清潔。在雨天或霧天，毫安表指示普遍增大，紅色發(fā)光管全部發(fā)亮，這說明是瓷套外的表面泄流電流增加所引起的。指示值明顯變小時(shí)，則可能是絕緣底座絕緣下降或監(jiān)測(cè)器內(nèi)部元件損壞，可用萬用表交流電壓檔測(cè)量監(jiān)測(cè)器兩端電壓區(qū)分，若低于3V或低至無電壓，說明表頭或監(jiān)測(cè)器內(nèi)部元件已壞，針對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)處理。在雷雨后應(yīng)檢查記數(shù)器的動(dòng)作情況，檢查泄漏電流，工頻放電電壓大于或小于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，應(yīng)進(jìn)行檢修和試驗(yàn)，放電記數(shù)器動(dòng)作次數(shù)過多時(shí)，應(yīng)進(jìn)行檢修。瓷套及水泥接合處有裂紋，法蘭盤和橡皮墊有脫落時(shí)，應(yīng)進(jìn)行檢修。巡視檢查避雷器本體清潔度，各連接部分連接牢靠，基礎(chǔ)無變形現(xiàn)象，接地體或引下線無銹蝕斷落焊接牢固。定期開展氧化鋅避雷器紅外檢測(cè)工作，每月不少一次。在每年雷雨季節(jié)前，應(yīng)對(duì)避雷器進(jìn)行帶電測(cè)試合格，按規(guī)定應(yīng)每年雨季前檢驗(yàn)1次，現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)記數(shù)器動(dòng)作的方法有直流法、交流法和標(biāo)準(zhǔn)沖擊電流法。研究表明，以標(biāo)準(zhǔn)沖擊電流法最為可靠。將沖擊電流發(fā)生器發(fā)生的電流幅值100A（波形8／20μs）的沖擊電流波作用于動(dòng)作記數(shù)器，連續(xù)測(cè)試3～5次，每次應(yīng)正常動(dòng)作，每次時(shí)間間隔不少于30s，否則應(yīng)解體檢修，測(cè)試后記錄器應(yīng)歸零。

結(jié)束語(yǔ)：

總之，在變電站運(yùn)行過程，要保證避雷器不受各種因素干擾，相關(guān)運(yùn)維技術(shù)人員應(yīng)該積極進(jìn)行有效實(shí)踐，從而提出科學(xué)防范措施，進(jìn)一步加強(qiáng)變電站避雷器管理水平，從而保證變電站安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行。