10kV避雷器失效原因分析及建议措施

贺吉昌

（中广核陆丰核电有限公司，广东汕尾516600）

1 工程概述

某220kV开关站正常运行期间，运行人员发现继保室出现报警，主变低压侧保护动作跳开主变进线开关及联跳主变高压侧开关。经检查故障录波波形发现10kVⅠ段母线C相有放电闪络约400A的电流持续70ms后，A、B、C发生三相短路故障。现场人员进入配电室检查，确定10kVⅠ段母线有短路故障造成开关保护动作跳闸，Ⅰ段母线PT柜后室内有明显的放电痕迹，PT柜内C相避雷器已损坏，A、B两相避雷器外绝缘正常，未发现开裂变形痕迹，本体无损坏现象。

2 事件原因分析

2.1 根据故障录波器波形进行事件过程分析

事件发生后，调取事故过程中的故障波形进行分析，该事故过程中10kV电压电流波形如图1所示。

根据故障波形图，判断故障发生时序如下：

1）故障自00:59:31左右开始，至变压器保护动作跳开变压器高低压侧断路器结束，持续时间约1.5s；

2）故障前160ms电压、电流二次值数据：UA=61.241 7V、UB=60.168 19V、UC=61.466 23V、IA=0.000 26A、IB=0.000 41A、IC=0.000 47A。此时，三相电压基本平衡、电流基本为0A，设备正常运行。

3）故障开始时电压、电流二次值数据：UA=86.783 69V、UB=87.993 15V、UC=21.331 93V、IA=0.000 41A、IB=0.000 96A、IC=0.107 85A。此时，C相电压明显降低，同时A/B两相电压升高，因此，分析出此时C相出现接地故障。

4）故障发展为三相短路时的电压、电流二次数据：UA=2.921 00V、UB=3.12702V、UC=5.17871V、IA=5.10376A、IB=5.56128A、IC=4.862 27A。此时，三相电压很低，电流约为额定电流7～8倍，且三相基本平衡，折算一次电流大约在12 000～13 000A，此时，已发展为三相接地短路故障。

图1 故障过程中电压电流波形图

5）事故大约在00:59:33.0801时变压器保护过流二段动作，变压器高低压侧断路器跳开，故障切除。

2.2 事件可能原因分析

经与厂家及现场技术人员讨论分析，认为造成此次事故的可能原因有：

1）基于C相避雷器绝缘外壳出现破裂的现象，推测由于避雷器安装后在长期不运行，潮湿水汽经由硅橡胶层渗透到内部。而在投运前，避雷器没有经过泄漏电流试验就送电。在送电后，由于避雷器内部泄漏电流过大，发热开裂，导致避雷器绝缘破坏，避雷器连接导体经由受破坏的避雷器外表对地放电，最终发展形成柜内的三相弧光短路。

2）在对避雷器进行检查的过程，发现其他未发生故障柜内元器件上有明显积灰尘现象，在设备长期不运行的过程中，避雷器外绝缘层由于灰尘和潮湿的作用，外绝缘层绝缘较低，在送电后避雷器外表层出现对地闪烙放电现象，进一步演变避雷器外壳破裂并导致柜内相间的弧光短路。

3）技术人员现场检查时，发现柜体后门板下沿边的紧固螺丝没有锁上，存在5个螺孔，因此，不排除有体积较小的动物（如壁虎）进入柜内，从而引起相间绝缘隔离缩短，造成相间弧光短路。

为了对损坏的C相避雷器做进一步分析，将损坏的避雷器以及现场更换下来的试验不合格避雷器，送至避雷器厂家进行解体测试和分析。

2.3 C相避雷器根本原因分析

避雷器厂家将现场更换下来的24支避雷器进行检测，除C相爆炸的避雷器已严重损坏，内部存在短路无法进行测试，其相邻的A、B相2支及其他更换下来的21支同型号同批次的避雷器均符合U1mA≥24kV，0.75U1mA参考电压下的泄漏电流≤15μA的电气性能要求，各项测试结果均满足GB 11032—2016《金属氧化锌避雷器》要求，表明避雷器的质量问题可以排除。

将C相避雷器硅胶面进行解剖，发现其内部芯体表面绝缘层已经损坏，避雷器内部电阻片上有1条明显的放电通道，如图2所示，因此，可以推断该避雷器电阻片表面应有大电流通过。

根据厂家对C相避雷器解体测试和分析，推断出造成可能该避雷器损坏的因素：

1）过电压：系统操作过电压超出避雷器额定值或现场工频耐压实验通电前存在工频过电压风险，导致避雷器经受过电压后，其内部电阻片出现加速老化。

2）过电流：操作波电流在400A及以上时，次数达到20次时，避雷器电阻片将出现老化现象。厂家在内部破坏性抽验中，在400A时耐受冲击18次，耐受后的避雷器电阻片均不能正常使用。

3）机械外力或安装导致：设备在安装过程中，可能出现过程摔落或安装紧固时过于松动的现象，这样将导致避雷器因接触不良而出现间隙放电现象，可能导致避雷器本体受损，长时间的工频耐受电压，导致电阻片受损。

4）运行环境影响：该项目靠近沿海，空气盐分及空气湿度较大，容易受潮。由于硅橡胶本身具有一定的憎水性，但同时也具有透气性，短期内水分是不能进入避雷器内部芯体表面，当避雷器长期处于潮湿的环境中，有可能外界潮气入侵避雷器内部芯体，当内、外湿度达到平衡时，潮气无法排出，在此情况下避雷器通电运行很可能发生闪络，击穿事故。

由此厂家认为该避雷器损坏的根本原因为避雷器受污秽、潮湿等运行环境因素影响导致绝缘闪络，造成避雷器的损坏。

图2 C相避雷器内部电阻片放电通道图

3 结论

综合以上分析，厂家认为避雷器电气性能是满足相关法规要求，不存在质量问题。避雷器在系统过电压、过电流、外力受损或安装接触不良、运行环境较差（污秽与潮湿）等不利因素作用下，使避雷器投运前已处于一种受损状态。随后在超过避雷器耐受电压，内部短路，温度骤增的情况下，产生高温电弧破坏避雷器芯体及电阻片外绝缘层，引起避雷器电阻片侧面闪络，大量的热量使气体急剧膨胀，巨大的能量来不及释放，促使其内部结构遭到破坏，引起避雷器损坏。

4 防止避雷器损坏的建议

为了有效预防此类事件的再次发生，因此，从工程建设及运维方面制订了相应的检查措施，相关的建议行动如下：

1）对于现场已安装运行的同一批次其他避雷器，日常检测其运行的全电流状况。停盘检修时对避雷器进行清洁检查处理，条件允许时拆下来进行泄漏电流以及直流电压值检测，消除设备外沿面放电的隐患。

2）若设备较长时间停运未运行，在计划送电运行前，先打开柜门进行换气排潮处理。同时检查柜内或配电室内的通风系统，确保运行环境干燥。对于较潮湿的环境下，避雷器安装前、后及送电投运前应进行检测试验。