（山东送变电工程有限公司 山东省济南市 250000）
摘要：科技在不断发展，社会在不断进步，雷器瓷外套是保护避雷器不受外界环境影响的一道防线，瓷外套保持绝缘性能良好对避雷器的安全运行具有重要意义。利用有限元法建立了避雷器三维模型，研究了晴天和雨天、工频电压和操作过电压下避雷器顶部螺栓对瓷外套电场的影响，并分析了现场避雷器的疑似放电痕迹产生原因。结果表明，螺栓过长使得空气间隙平均电场强度增大，遭受操作过电压时很可能发生击穿；淋雨状态下，螺栓形成水柱后，螺栓和伞裙空气间隙击穿很可能发生击穿；伞裙形成水柱后，伞裙间空气间隙也很可能发生击穿，形成放电痕迹。因此，在运行中应避免避雷器顶部法兰螺栓过长，或采取螺栓反装措施。
关键词：避雷器；瓷外套；绝缘性能
引言
随着中国经济的发展和人民生活水平的提高，国家对环境保护的要求越来越严，治理换流站运行噪声对周边环境的影响问题迫在眉睫。在高压直流输电工程中，换流站交流滤波场中滤波电容器、滤波电抗器等设备，由于其数量多、容量大，一直以来都是换流站噪声改造的难点。近年来，国内对直流换流站内设备噪声研究取得一定成果，普遍认为换流站中存在多种噪声源，在交流滤波场中的噪声实际上是滤波电容器、滤波电抗器、开关设备及母线电晕等噪声源辐射噪声的叠加，远场还受到换流变、平波电抗器等其他设备噪声的影响。换流站交流滤波器在负载高峰期流入的高次谐波电流作用下，滤波电容器和滤波电抗器是其两个主要噪声源。滤波电抗器外部降噪措施应用较为普遍，而滤波电容器由于台数多、装置尺寸高的原因降噪治理难度相对较大。
1交流滤波器电容器
电容器主要由各电容器元件组成，元件由铝箔、薄膜绕制而成，全绝缘心子装于不锈钢外壳内，经真空处理并浸渍绝缘液体介质；各个元件的熔丝之间完全隔离，防止熔丝群爆；铝箔采用折边和外凸式结构，心子每串联段并联有放电电阻。电容器的投退操作会出现两种现象，合闸涌流和分闸重燃。在电容器组与电源接通瞬间，由于电容器不带电荷，相当于短路，会有很大的合闸涌流，这同时造成电容器组投入时受到暂态过电压的冲击，绝缘受到冲击，造成损坏。当断路器切断电容器组时，相当于电容器带电荷重投入，会发生电弧重燃现象，产生操作过电圧，可能引起某个电容击穿。电容器本体保护采用内熔丝保护与交流滤波器不平衡保护相配合。内熔丝保护作为电容器的内熔丝保护，相当于电容器元件的熔断器，一旦元件击穿，保护该元件的内熔丝在不到1ms的时间内就快速熔断，并将故障元件与其他完好的并联元件、并联单元及系统隔离，使通过击穿元件的电流迅速降为零。交流滤波器不平衡电流保护通过测量电容器组的不平衡电流判断电容器组的运行情况，当电容器故障情况达到一定程度时，可以判断出电容器内部的元件故障程度，启动保护告警信号或跳闸。
2场分析理论基础
2.1基于有限元法的电场分析
目前电气设备的电场数值计算方法中，其中应用最为广泛的方法包括有限元等方法。有限元法的核心思想是“数值近似”和“离散化”。它将求解的区域通过网格划分为多个小区域，通常称为“单元”或“有限元”。然后，对每个子区域应用求解边界进行求解，再把各个小区域的结果总和起来，进而得到整个求解区的解。由于交流电气设备主要工作于工频５０Ｈｚ的电压下，电磁波波长为３０００ｋｍ，极间的绝缘距离远远小于电磁波波长，电极间电压随时间变化缓慢。高压电气设备遭受雷电冲击电压和操作冲击电压时，电压由零上升到幅值的时间里，冲击波虽只进行了几百米距离，但仍比电气设备的尺寸大得多。
因此，一般的交流电气设备在任一瞬间的电场可近似等效为是稳定的，可按照静电场来进行研究分析。
2.2容器运维分析及故障处理
为了保证交流滤波器电容器的运行安全，日常工作过程中必须要加强运行维护，总结经验，掌握电容器运维分析及故障处理方法。针对电容器缺陷统计分析，电容器运维应重点查看电容器接头接线是否存在断裂、变色、松动、脱落、发热；电容器外壳是否存在起鼓、渗漏、膨胀和本体发热等[10-12]。运维过程应及时发现异常或故障并分析原因，采用对应的处理方法，尽量避免跳闸事件的发生。1）电容器漏油：原因可能有：a）电容器焊缝处焊接问题或者电容器套管部分密封问题；b）连接线过紧，电动力影响下套管渗漏油。处理方法分别为：a）更换电容器；b）调整连接线至合适松度，更换电容器。2）瓷瓶损坏：原因可能有：a）外力作用损坏；b）母线夹过紧电动力导致损坏。处理方法分别为：a）更换损坏瓷瓶；b）更换瓷瓶和母线夹。3）电容器套管头发热：原因可能有：a）夹线垫圈螺栓未拧紧；b）电容器连接线线径偏小，载流量不够；c）软线没有夹在夹线垫圈线沟内，被夹在夹线垫圈平面上。处理方法分别为：a）使用力矩扳手按规定力矩拧紧，24h后再次使用相同力矩再次紧固；b）联系厂家设计人员确定载流量是否合适，更换电容器连接线；c）重新夹紧软线，软线必须保证全部在夹线垫圈线沟内，夹线垫圈夹紧后仍有一定缝隙。4）电流或电压信号大于保护整定值：原因可能有：a）电容器损坏；b）电容器组三相电容量不平。处理方法分别为：a）测量电容量和绝缘电阻，更换损坏电容器；b）电容器组重新调平。
2.3电容器放电故障
电容器典型的放电点有４类，第一类为顶层电容器与顶部母线间短接，第二类为电容器层间短接，第三类为两只电容器出线套管间短接，第四类为电容器套管与钳制电位点间短接。由于目前电容器塔的电容器间连线均使用了带绝缘皮的导线，电容器接头处使用了防鸟罩，故第三类和第四类故障发生的可能性较低，可以忽略。而发生第一类和第二类放电故障，则会导致多支电容器被短路，导致Ｃ１不平衡电流瞬间满足保护跳闸条件，出口跳闸。
2.4淋雨状态下瓷外套电场分布研究
避雷器装设在户外，淋雨状态下螺栓和伞裙会附着雨水，这些雨水会改变避雷器瓷外套的表面和周围电位分布。随着降雨持续时间和降雨量大小的不同，瓷外套伞裙表面雨水分布有一个发展过程，可分为水珠、水膜和水柱３种过程。经分析，避雷器在降雨状态下分别出现以下状态：刚开始雨水在避雷器顶部螺栓尖端下方会有雨水汇流形成水珠；然后在螺栓下方和伞裙上形成水珠；最后螺栓下方和伞裙上形成水膜水柱。
结语
针对换流站交流滤波器用氧化锌避雷器瓷外套疑似放电痕迹，利用有限元法仿真研究了极端条件下螺栓过长时避雷器瓷外套的电场分布，对空气间隙击穿可能性进行了分析，得出以下结论：１）避雷器瓷外套螺栓尖端处电场集中。避雷器处于工频电压下螺栓和伞裙空气间隙击穿可能性较小；避雷器处于操作过电压下螺栓和伞裙空气间隙击穿可能性较大。２）降雨天气下，在螺栓形成水滴、水膜或水柱后，空气间隙击穿可能性比晴天大。３）当螺栓和伞裙形成水柱时，电场畸变最为严重，除了螺栓和伞裙空气间隙有较大可能性击穿，伞裙与伞裙间的空气间隙也很可能击穿。４）螺栓和避雷器前３组伞裙形成水柱后，螺－伞气隙、伞－伞气隙均会发生击穿放电，烧灼伞裙，电场仿真分析结果与现场运行情况相符。５）综上，工程中应避免避雷器螺栓过长，可直接采取螺栓反装设计方式。
参考文献：
[1]王奎．变电站避雷器电位分布及结构优化研究［Ｄ］．南昌：华东交通大学，２０１６．
[2]路彦峰．氧化锌避雷器电位分布数值计算研究［Ｄ］．西安：西安电子科技大学，２００７．