一起避雷器爆炸事故分析

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国网山西省电力公司技能培训中心（山西电力职业技术学院）、国网山西省电力公司超高压变电公司的刘建月、张志东，在2023年第7期《电气技术》上撰文，介绍了一起220kV避雷器爆炸事故的处理过程，参照设备运行状况和修试记录，通过对避雷器的现场解体和仔细检查，分析其发生爆炸的原因，最终确认事故发生的主要原因是密封不严造成的避雷器受潮。结合变电站运行情况，建议有针对性地开展带电检测，以及时发现避雷器的受潮、老化及其他隐患，采取适当措施，预防同类事故发生。

金属氧化锌避雷器是电力系统中广泛使用的过电压保护器，由氧化锌电阻片、绝缘元件、密封元件和瓷外套组成，其中电阻片是核心元件，由氧化锌和多种金属氧化物制作而成，具有优良的非线性伏安特性。在正常工作电压时，流过避雷器的电流极小（微安或毫安级）；当过电压作用时，避雷器电阻急剧下降，泄放过电压的能量，达到保护的效果。

在实际运行中，避雷器长期承受工频电压的作用，内部阀片容易老化和受潮，内部温度易升高，容易发生爆炸。因此，为了防止爆炸事故发生，有必要对避雷器的运行状态进行监测并作出科学判断。

1 故障概述

2021年5月20日，某500kV变电站1号主变三侧跳闸。2:01主变中压侧B相瞬时短路，短路电流二次峰值达到5.5A（电流互感器电流比为2500/1）。2:01:30.575，主变保护启动；13ms差动保护动作，73ms故障切除。主变三侧开关5012、5013、2002、3002均在分位，其余开关正常运行，没有负荷损失。经整体更换中压侧三相避雷器后，系统恢复运行。

1.1 检查情况

通过现场外观检查发现，1号主变压器中压侧220kV等级B相避雷器发生爆炸而损毁。该避雷器由非线性氧化锌电阻片叠加组装，密封于瓷绝缘外套内，无放电间隙，有压力释放装置。避雷器在故障后，上节、下节压力释放阀均动作，其均压环、本体、安装底座处均有电弧烧蚀痕迹，瓷套表面有多处击穿爆炸产生的孔洞、裂痕。由于大面积放电，瓷套伞裙上有炭黑痕迹。泄漏电流表损坏，泄漏电流引下线铜排弯曲变形，设备铭牌脱落。1号主变压器中压侧B相避雷器如图1所示。

图1 1号主变压器中压侧B相避雷器

1号主变中压侧的避雷器自2007年4月投运以来，已经运行14年。状态检修试验规程要求：避雷器直流参考电压实测值与出厂值相比，变化不应超过±5%；直流参考电压不应小于GB 11032和GB/T 50832规定值；泄漏电流不应超过50μA（750kV及以下系统避雷器）。本体上、下节绝缘电阻不小于2500MΩ，底座绝缘电阻不小于10MΩ。2021年4月和5月的停电检修记录显示，该避雷器例行试验数据包括直流1mA参考电压、0.75倍直流1mA参考电压下的泄漏电流、底座绝缘电阻均在正常范围。1号主变中压侧避雷器例行试验数据见表1。

表1 1号主变中压侧避雷器例行试验数据

状态检修试验规程要求：全电流、阻性电流与参考值相比，有明显变化时应加强监测。当阻性电流增加1倍时，必须停电检查。在2021年4月6日和5月5日，试验人员对全站避雷器开展了两次全电流及其阻性分量带电检测，试验数据均未见异常。1号主变压器中压侧避雷器带电检测试验数据见表2。

表2 1号主变压器中压侧避雷器带电检测试验数据

带电设备红外诊断应用规范要求：氧化锌避雷器温差为0.5～1K属电压致热型缺陷，该缺陷为严重及以上缺陷。该避雷器近期的红外测温图谱显示，本体温度分布基本均匀，未见异常。

此外，试验人员对1号主变压器进行试验发现，油色谱、直流电阻、介质损耗等试验结果均正常，状态参数未见异常。因此，中压侧B相避雷器损毁是导致主变三侧开关跳闸的主要原因。

1.2 解体情况

检修人员对爆炸避雷器进行现场逐节解体检查。拆除端盖后发现，压紧弹簧间的导电铜片已熔断，防爆膜脱落，顶盖严重变形，上节压力释放阀动作，瓷套内壁下方根部局部熏黑，内部防爆桶损毁。上节压力释放阀如图2所示。

图2 上节压力释放阀

下节压力释放阀动作，防爆膜脱落，在放电作用下，瓷套内壁被完全熏黑。下节压力释放阀如图3所示。

图3 下节压力释放阀

对比上、下节损坏情况发现，上节电阻片基本完好，有受潮现象，其下方根部熏黑，局部附着有黑色粉末；下节电阻片大部分损坏，电阻片有缺失和破损现象，并有电弧击穿发展通道，整体被熏黑，通体附着有黑色粉末。上、下节内部对比如图4所示。上节防爆膜压紧环及底部密封圈内均有受潮痕迹，情况如图5所示。所有现象表明，避雷器本体内部在爆炸前发生了剧烈放电，同时绝缘材料被灼烧而炭化。

图4 上、下节内部对比

图5 上节防爆膜压紧环、底部受潮情况

2 原因分析

操作过电压、雷击过电压、表面污闪放电、内部放电和内部受潮等，是造成金属氧化锌避雷器故障的主要原因。该站内一次设备在事故前没有进行任何操作，1号主变中压侧没有检测到任何扰动，故排除操作过电压的原因；据气象部门资料显示，当时天气已转晴，故该变电站和线路上空不存在雷击情况，其他两相避雷器泄漏电流表计数器都未动作，故排除雷电过电压的原因；观察外表，未发现避雷器放电痕迹，排除表面污闪放电的原因。通过仔细检查发现，1号主变中压侧避雷器B相上节防爆膜压紧环及底部密封圈内有受潮痕迹，说明内部受潮是导致避雷器故障的主要原因。

对设备进行仔细观察发现，该避雷器制造工艺存在缺陷，上节顶端密封不严。当外部环境冷热循环变化时，避雷器内部空气会膨胀或收缩，形成呼吸现象，潮气侵入密封不好的部位导致放电，并可能导致避雷器在高电压下发生爆炸。

事故前几日，站内连续降雨，后虽转晴，但夜晚温度骤降，防爆桶上凝结了大量水汽，导致绝缘距离不够而致使内部放电，进而造成上节压力释放阀动作；下节在上节短路后，无法承受线路运行电压导致整体击穿，如图6所示。由上述分析可知，由于避雷器密封不严的工艺缺陷，最终导致避雷器内部受潮而引发爆炸事故。

图6 下节整体击穿

3 改进建议

对于运行多年的避雷器，其受潮概率较高。为了避免避雷器发生故障，建议从下面几方面加强管理：

1）在备件到货验收阶段，全面验收厂内装配记录、组部件抽检记录。此外，对阀片质量影响较大的还有电阻片生产厂家的生产环境、原料选用、工艺要求、工序管理和设备配置等。

2）在轻度受潮时，大多数类型的金属氧化锌避雷器的阀片电容较大，导致自身阻性电流增加；在受潮严重时，阻性电流可能接近或超过容性电流，其会随受潮程度的加剧而导致内部结露，进而发生放电击穿。通过采用红外精确测温、全电流和阻性电流测试等带电检测手段，增加定期巡视频率，可以提前发现此类设备隐患。但是，对于内部带有防爆桶结构的避雷器的潜伏性故障，采用红外热像检测不易发现。由于阀片可能未直接处于受潮环境中，所以当密封不严导致内部受潮时，全电流及其阻性分量带电检测可能无法检测到设备内部异常，应对此类设备进行专项管理。

4 结论

在本文所述故障案例中，检修人员更换了1号主变中压侧的三相避雷器，并将非故障相返厂进行解体检查。经排查发现，A相和C相避雷器同样存在密封不严的问题。为此，公司在停电检修的基础上制定了技改计划，对同厂家同批次的剩余避雷器进行了整体更换，同时加强了带电检测对比和日常专项巡视。

从技术管理方面，对运行十年以上的避雷器，开展专项带电检测；从专业管理方面，加强运行监督，重视过程验收和专项跟踪。综上所述，本文提出以下改进方法：

1）从源头上抽检验收，防止因设备制造厂装配工艺不良，导致避雷器受潮，引起放电击穿。

2）雷雨季节前，对检测趋势变化进行分析，提高定期巡视频率。

3）采取有针对性的管控措施，尤其是早年采用防爆桶结构的避雷器，应纳入停电计划，进行逐步更换。

本工作成果发表在2023年第7期《电气技术》，论文标题为“一起避雷器爆炸事故分析”，作者为刘建月、张志东。

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