摘 要：氧化锌避雷器是保护电气设备免受雷击时高瞬态过电压危害,并限制续流时间,也常限制续流赋值的一种保护设备,在电力系统中的应用十分广泛。此文通过500 kV变电站一起线路故障跳闸分析,阐述了氧化锌避雷器在运行中出现内部故障、无法承受相应的电压导致内部绝缘击穿,造成运行中避雷器的损坏而发生故障的典型案例,提出故障的分析办法和解决的相应措施。
关键词：避雷器，多重雷击，吸收能量，校核
在电力系统运行期间，避雷器故障十分常见，其中避雷器内部故障原因多样，危害较大，若不加以及时有效的解决，势必会在一定程度上影响电力系统的安全运行，故正确认识避雷器内部故障带来的危害，认真分析其故障原因并积极寻求解决之道，不仅重要而且必要。
一、事件概述
2019年4月11日22时07分29秒，500kV某甲线发生A、B相间短路故障，线路跳闸，重合闸闭锁。22时45分39秒，强送500kV某甲线后立即出现A相接地故障，线路跳闸。现场巡查发现500kV某甲线A相避雷器损坏，防爆阀动作。事发时为雷雨大风天气。
二、现场检查
运行人员现场检查500kV某甲线A相避雷器防爆阀动作，喷弧口下方瓷套表面熏黑，放电计数器烧毁。B、C相避雷器外观未见异常，检查B相避雷器放电计数器记录动作1次，C相避雷器未动作。
查看故障录播情况，在故障起始时刻，A、B相电压（Ua、Ub）发生明显畸变，A、B相电流（Ia、Ib）大幅增加，电流大小相等、极性相反，系统未出现明显零序电流（3Io），故障类型为A、B相间短路。故障持续约2个周波，约40毫秒。故障电流切除后，A、B相同时出现两个波形幅值几乎相同的操作过电压，第1个过电压为正极性，峰值电压约为860kV，持续约3ms；第2个过电压为负极性，峰值电压约为760kV，持续约3.6ms。线路强送合闸后5.6ms，A相电压（Ua）突变为零，A相电流（Ia）大幅增加，呈正弦波形，零序电流（3Io）大幅增加，且与A相电流（Ia）波形幅值相同，故障类型为A相接地短路。故障持续约2个周波，约40毫秒。2019年4月11日 22时 07分29秒424毫秒，500kV某站500kV主一、主二保护启动，10ms时电流差动跳5041开关、5042开关，故障相别A、B相，重合闸闭锁，主一保护故障测距20.2km，主二保护故障测距20.3km。主一故障电流7.71A，主二故障电流7.68A。2019年4月11日22时45分，调度强送500kV某甲线不成功，保护动作显示4月11日22时45分39秒960毫秒，500kV某站500kV主一、主二保护启动，10ms时电流差动跳5041开关，29ms时距离加速动作，故障相别A相，主一保护故障测距0km，主二保护故障测距0.1km。主一故障电流7.79A，主二故障电流7.74A。综上分析，保护正确动作。
输电人员对500kV某甲线进行巡视，发现500kV某甲线N38塔小号侧10余米处A、B相子导线均有明显的放电痕迹，其余线段巡查未发现异常。判断A、B相线路因漂浮物发生相间短路。
故障后，试验所人员对500kV某甲线避雷器进行试验，A相避雷器（故障避雷器）绝缘电阻小于5兆欧，无法进行直流泄漏试验，B、C相避雷器直流泄漏试验合格。
三、避雷器解体分析
500kV某甲线A相避雷器为瓷套型避雷器，由3节组成，每节为独立结构，主要由瓷外套、法兰、芯体、密封及防爆结构等组成，其中芯体由电阻片、铝垫级、环氧玻璃丝绝缘杆（后文简称绝缘杆）组成，密封及防爆结构由外向内依次为盖板、防爆膜、密封胶圈、盖板、密封胶圈。
检查避雷器外观，瓷套及法兰完好，三节避雷器的防爆阀都已动作，喷出的高温气体将端部的盖板熏黑，并在瓷套表面上形成烧灼痕迹，依次将上节、中节、下节避雷器解体，打开避雷器两端的盖板，检查盖板、防爆膜、密封胶圈情况。
防爆膜中间部分被高温气体冲掉，残余部分正常，检查密封面干净光洁，密封胶圈无变形，弹性良好。将避雷器内部芯体抽出，发现芯体从中部断裂，电阻片碎裂，绝缘杆熔断。观察电阻片，碎裂部位呈不规则形状，电阻片侧面绝缘釉保持完整，未见电弧通道。
从解体结果看，避雷器密封面和密封胶圈未见异常，推断避雷器密封良好。芯体绝缘未见异常，故障电流从电阻片内部通过造成碎裂，排除受潮导致芯体绝缘不良。
四、原因分析
从避雷器解体情况看，密封面及密封胶圈正常，近三年的预试结果正常，因此可排除避雷器密封不良内部受潮而造成本起故障。线路相间短路故障及跳闸后的操作过电压未使避雷器损坏。从录波图可知，在A、B相间短路时刻，两相电压波形发生畸变，电压幅值降低，系统未出现零序电流，说明A相线路未发生接地故障，因此判断在A、B相间短路期间避雷器未损坏。在线路跳闸后，A、B相立即产生两个操作过电压，峰值电压超过避雷器动作电压，计算避雷器在两个操作过电压期间吸收的能量可使避雷器内部温升37.6k，而避雷器设计最高耐受温升为100k，因此A、B相避雷器能够耐受两次操作过电压冲击。现场对B相避雷器试验结果也证实避雷器正常。
500kV某甲线A相线路在相间短路跳闸后经历9次雷电绕击，其中8个属于多重雷击；4个雷电流超过20kA；2个与500kV某站距离约5km，4个距离9km。而A相线路位于下相，是雷电绕击概率较高的相别。GB 11032《交流无间隙金属氧化物避雷器》中动作负载试验规定，电阻片需能耐受两次冲击，间隔时间为50s-60s，即在两次冲击试验间隔，电阻片温升恢复正常，未考虑避雷器耐受百毫秒级多重雷击的严苛工况。A相线路遭受多重雷击后，避雷器在百毫秒时间间隔多次流经大电流，能量的累积造成避雷器内部温升超过限值，电阻片劣化，已无法继续承受后续的系统电压，这一点，由录波图上线路强送5.6ms后A相避雷器即发生接地短路得到佐证。
五、暴露问题及解决措施探讨
本次事件是多重雷击的雷电侵入波对变电站线路侧出线避雷器的正常运行是一个考验。现有规程GB 11032《交流无间隙金属氧化物避雷器》对避雷器通流容量的校核没有考虑在短时间内承受多重雷击的能量吸收，在这种严苛工况下，需考核避雷器在短时间（百毫秒）多次动作的能量耐受能力。避雷器放电计数器为机械式结构，对于在百毫秒时间间隔避雷器多次动作的情况无法准确记录动作次数，并且在避雷器故障时，放电计数器一般都因流过大电流而损坏，无法获得避雷器动作情况信息，造成线路雷电活动情况分析困难。
为避免发生重复性事件，应严格按照公司《电力设备检修试验规程》进行避雷器的运行维护。对于线路重合闸失败，且雷电定位系统显示线路遭受重复雷击的变电站出线避雷器，应结合停电机会对避雷器进行直流泄漏试验，以评估避雷器的健康状况；停电之前进行带电测试，并加强红外监测。考虑开展多重雷击对避雷器运行影响评估和提高避雷器在多重雷击作用下的能量耐受能力等职创研究课题。
结束语：
本次事件是在线路短时间遭受多次的重复雷击的极端天气条件下发生的，具有偶然性，事故的根本原因是现行设计的避雷器能量校核并未考虑这种严酷的运行工况，避雷器吸收能量超过其短时承受能力。本研究对于处理类似故障具有一定的参考与借鉴意义。
作者简介：温振兴（1990-05） 性别：男 籍贯：广东省 梅州市 职称：工程师 研究方向：电气工程及其自动化
参考文献：
[1]赵哲龙.氧化锌避雷器故障及性能分析[J].电子制作,2013,01
[2]王伟平. 避雷器故障综合检测方法的研究及应用[J].农村电气化,2019,05