1、34交流广角2022.12（总第 272 期）一起 500 千伏金属氧化物避雷器故障分析及运维措施李洪坤杨雪飞李应宏林欣森无间隙金属氧化物避雷器具有伏安特性连续平坦、对过电压响应快、结构简单、保护性能好，以及安装和运行检测方便等优点，被广泛应用于各电压等级变电站中，有效保障了变电站内设备的安全稳定运行。但近年来金属氧化物避雷器由于内部受潮、氧化锌阀片老化、承受多重过压冲击造成故障的情况时有发生，严重影响了电力系统的安全稳定运行，且故障多发生于雷雨天气时，增加了故障处理及检查的危险性。本文对某 500 千伏变电站内一台线路用 500 千伏避雷器在雷雨天气发生的防爆膜动作及泄漏电流监测仪烧损故障原
2、因进行分析，总结同类设备后续的针对性运维措施，以供同行借鉴，提高变电站内避雷器的安全运行水平。一、故障概况500 千伏甲乙线连接 500 千伏甲变电站、500 千伏乙变电站，全长 110 千米。某日，500 千伏甲变电站、500 千伏乙变电站内500 千伏甲乙线路的断路器 B 相跳闸，重合闸动作,重合不成功，跳开三相断路器，故障时该线路的两侧甲、乙变电站均为雷雨天气。跳闸发生后，500 千伏乙变电站的运维人员现场检查发现该线路避雷器 B 相存在异常，避雷器瓷柱接口处的防爆膜动作呈黑色，泄漏电流监测仪烧损，如图 1 所示。经检查，对侧 500 千伏甲变电站的避雷器外观检查无异常，B 相避雷器计数
3、器动作了 2 次；500 千伏乙变电站的 B 相避雷器泄漏电流监测仪已因故障烧损，无法记录动作次数。500 千伏乙变电站的运维人员对故障的避雷器进行红外测温，发现 B 相比 A、C 相温度高 6.8 摄氏度，见图 2。图 1B 相避雷器故障照片（a）防爆膜动作（b）泄漏电流监测仪烧损（a）B相避雷器测温（b）A、C相避雷器测温图2B相避雷器测温照片35交流广角2022.12（总第 272 期）故障发生后，运维单位快速反应，调配备品备件对 B 相进行了抢修更换，当天即恢复了线路送电。二、原因分析（一）设备基本情况故障的 B 相避雷器为无间隙金属氧化锌避雷器，型号为Y20W-444/1106W1，
4、额定电压为 444 千伏，2016 年 11 月生产，2017 年 6 月 30 日投运。金属氧化锌避雷器结构图如图 3 所示。避雷器包括瓷套和上下法兰，瓷套和法兰之间为压力释放装置、防爆膜和密封结构，瓷套内部有氧化锌电阻片、垫片、垫筒、绝缘卡垫、支撑杆、干燥剂等组成。（二）运维情况分析1.500 千伏甲乙线避雷器为级管控级别，符合设备风险评估结果，根据一站一册运维策略要求，500 千伏乙变电站每月对避雷器本体、放电计数器及泄漏电流监测仪等进行一次巡视检查，并对避雷器进行一次红外测温，未发现异常。2.故障的 B 相避雷器 2017年 6 月 30 日投入运行，投运前进行了交接试验，2018 年
5、 5 月28 日完成了投运 1 年的预防性试验，试验结果满足电力设备检修试验规程的要求。3.2018 年 5 月、2019 年 3月分别开展了运行电压下的交流泄漏电流带电测试工作，试验结果满足电力设备检修试验规程的要求。（三）雷电及保护情况分析调取 500 千伏甲乙线两侧变电站的保护动作信息，故障时刻发生在3时48分58秒491毫秒，500 千伏甲乙线 B 相电流、电压有非正弦波突变，出现瞬时非工频量差动电流，两侧差动保护动作正确跳开线路两侧 B 相断路器，故障录波测距距 500 千伏甲变电站 78.2 千米，距 500 千伏乙变电站 32 千米。查询雷电定位系统，该故障时刻前后 10 秒内在
6、 129 号和 130 号塔附近共有4 次落雷记录，其中有两次雷击电流为-56 千安、-38 千安左右，雷击点至变电站的距离，与故障录波测量距离相吻合。3 时 48 分 59 秒 446 毫 秒，即故障后 955 毫秒重合闸动作，重合于故障三相跳闸。查看保护动作波形，500 千伏甲变电站侧断路器先于 500 千伏乙变电站16 毫秒重合，重合闸瞬间即有操作过电压出现，峰值 832.9 千伏，两站 B 相均出现明显较大的正弦波故障电流和零序电流，两站差动保护、重合加速保护正确动作跳开线路两侧三相断路器，故障录波测距距 500 千伏甲变电站 110 千米，距 500 千伏乙变电站 0 千米，测距结果
7、与故障的避雷器相符。根据雷电定位系统落雷以及保护动作情况，认为 500 千伏甲乙线 B 相遭受雷击引起单相故障，保护正确动作跳开 B 相，重合闸时间到后，500 千伏甲变电站侧断路器先于 500 千伏乙变电站侧 16 毫秒合上，500 千伏乙变电站 B 相避雷器在大气过电压、操作过电压、工频过电压的共同作用下发生压力释放动作，导致重合于故障三跳。（四）返厂解体检查分析将故障的 B 相避雷器进行返厂解体分析，具体情况如下：1.外观检查根据解体方案对避雷器进行外观检查，对上、中、下元件及均压环进行检查，发现三节元件的上下防爆板破裂，防护板翘曲、内表面熏黑，三节元件均出现压力释放动作（见图 4），瓷
8、套外观正常，均压环大环圈局部图 3避雷器结构图36交流广角2022.12（总第 272 期）有放电痕迹。2.元件直流测试使用直流测试检测仪对三节元件进行直流参数测试，测试值详见表 1。可以发现各元件参考电压均接近于零，75%直流1 毫安参考电压下漏电流远超规程不大于 50 微安的要求，表明三节元件均处于贯穿导通状态。3.解剖情况（1）避雷器上、中节密封盖板、压板及密封圈无异常，内部无异物，无受潮痕迹；上节瓷套内壁自上而下有贯穿的烧蚀痕迹，中节瓷套内壁有局部的电弧烧蚀痕迹；芯体外表面自上至下有显著的爬电痕迹，逐片检查电阻片均存在不同程度的外表面闪络痕迹；绝缘杆颜色正常。（2）避雷器下节密封盖板、
9、压板及密封圈无异常；瓷套内壁有局部的烧蚀痕迹；芯体外表面自上至下有明显的爬电痕迹，检查电阻片均存在不同程度的外表面闪络痕迹，其中底部 5 片电阻片已破损，绝缘棒在相应位置有烧蚀痕迹，见图 5。初步分析，三节元件压力释放装置动作均是芯体电阻片侧面闪络引起。（五）恢复性试验验证分析为验证电阻片是否侧面闪络，现场挑选外观无破损的电阻片进行电压恢复特性试验，以检查电阻片本体的完好性。挑选外观无破损的上、中、下节电阻片各 3 片，用酒精、棉布对电阻片进行擦拭，进行直流参考电压测试，测试结果均接近于零。将 9片电阻片在 400 摄氏度温度下进行表面有机釉清除，处理后进行清洗、风干、酒精擦洗后进行直流参考电
10、压测试，测试数据见表2。从表 2 可知，选取的电阻片在去除侧面釉层后均出现了电压恢复现象，验证说明了本次故障是侧面闪络引起，部分电阻片电压与原始值相比下降较大，应为电弧灼烧造成阀体部分晶体击穿，引起电压略有下降、漏流增大。图 4压力释放阀动作情况表 2电阻片测试数据电阻片原端面参数退釉后测试参数1毫安参考电压（千伏）漏流（微安）1毫安参考电压（千伏）漏流（微安）上节4单元第1片4.8554.5629上节4单元第2片4.8554.923上节4单元第3片4.8654.8547中节4单元第1片4.8444.51148中节4单元第2片4.8444.24154中节4单元第3片4.8444.3423下节4
11、单元第1片4.9544.8911下节4单元第2片4.9544.4783下节4单元第3片4.9654.2591表 1 直流参数测试值试验项目直流1毫安参考电压/千伏75%直流1毫安参考电压下漏电流（微安）上节元件23.7353中节元件22.6346下节元件29.639237交流广角2022.12（总第 272 期）（六）故障原因分析综合解体检查、雷电记录、保护动作情况，对 B 相避雷器故障的原因分析如下：500 千伏乙变电站 B 相避雷器短时间内连续承受两次陡度较大的雷电侵入波，线路保护正确动作跳开线路两侧 B 相断路器，线路重合闸动作，甲变电站侧断路器先动作合上，线路处于长距离空载状态，此时乙
12、变电站B 相避雷器短时间内承受大气过电压、操作过电压和工频过电压的共同冲击，使得避雷器吸收能量远大于其耐受能力，造成该线路避雷器局部电阻片侧面闪络失效和下节部分电阻片损坏，进而造成 B 相避雷器 3 节压力释放动作、泄漏电流监测仪损坏。三、后续运维建议（一）校验能量吸收能力避雷器的能量吸收能力包括操作冲击能量吸收能力与雷电冲击能量吸收能力，操作冲击下的能量吸收能力主要为采用长持续时间电流冲击进行考核，对不同等级避雷器，可通过线路放电耐受能力试验或方波冲击电流耐受能力确定。雷电冲击下的能量吸收能力主要采用大电流冲击进行考核，应对无间隙避雷器电阻片进行大电流冲击耐受试验，电阻片在这种大电流冲击下，
13、不应有击穿或闪络等破坏。（二）加强带电测试运行电压下交流泄漏电流带电测试能及时发现氧化物避雷器内部绝缘状况不良，阀片老化、受潮、内部绝缘件受损等，是判断避雷器状态好坏的重要手段，根据电力设备检修试验规程（Q/CSG1 206007-2017）规定，35 千伏及以上避雷器应在投运后半年内测量一次，运行一年后每年雷雨季前测量一次，或怀疑有缺陷时进行测量。当阻性电流增加 50%时应该分析原因，加强监测，适当缩短检测周期；当阻性电流增加 1 倍时应停（a）密封盖板、压板、密封圈、绝缘棒（b）下节芯体（c）下节瓷套内壁（d）下节电阻片图 5B 相避雷器解体照片38交流广角2022.12（总第 272 期
14、）电检查。（三）加强运行维护每月应记录避雷器放电计数器指示数和泄漏电流值，并与同等运行条件下其他避雷器进行比较，应无明显差异；每月进行一次红外热检测，用红外热像仪检测避雷器本体及电气连接部位，重点检查设备本体有无整体或局部过热现象、相间温差是否正常，红外热像图显示应无异常温升、温差，具体按带电设备红外诊断应用规范执行。（四）加强雷电活动后巡查运维人员增加特殊巡视，巡视检查项目包括：瓷套是否完好，导线与接地引线有无烧伤痕迹和断股现象，避雷器上帽引线处密封是否严密，有无进水现象，瓷套表面有无污秽；动作计数器指示数有无变化，判断避雷器是否动作。四、结语针对某变电站一台 500 千伏金属氧化物避雷器运
15、行过程中发生防爆膜动作及泄漏电流监测仪烧损故障，本文总结出了运维试验数据、雷电活动及返厂解体试验的综合分析方法，为同类设备运维分析提供参考。同时提出了氧化锌电阻元件电压恢复特性试验验证电阻片是否损坏的方法，并通过检查本体的完好性反向验证了侧面闪络的问题，从故障处理、日常巡维及技术监督等方面提出了有针对性的运维管控措施，可为防止和处理避雷器出现类似的故障提供参考，有助于保证电力系统的安全稳定运行。参考文献：1矫立新，王朔，孙友群，等.变电站500 kV金属氧化物避雷器故障分析J.电瓷避雷器，2018（4）：98-101.2赵世华，孙利朋，刘赟，等.一例金属氧化锌避雷器故障分析J.湖南电力，201
16、9（3）：31-34.3杨璐羽，李冠华，钟雅风，等.500 kV变电站主变一次侧避雷器故障分析J.东北电力技术，2014（4）：34-36.4姚爱明，幸荣霞.一起金属氧化物避雷器缺陷数据的分析及预防措施J.电瓷避雷器，2011（6）：61-64.5CA Christodoulou，L Ekonomou，GP Fotis，IF Gonos，IA Stathopulos.Assessment of surge arrester failure rate and application studies in Hellenic high voltage transmission linesJElectric Power Systems Research，2010，80：176-1836吴德贯，周禹，余忠田，等.一起500kV金属氧化物避雷器故障分析J.电瓷避雷器，2013（3）：58-60.7贾宏智，田野，葛猛 一起金属氧化物避雷器故障分析及应注意问题J 吉林电力，2011，39(6)：39-408郭秉义，杨文惠，赵勇，等.变电站 避雷器故障原因分析及预防措施J.内蒙古电力技术，2015，33
