雷电引发的10kV避雷器爆炸事故的分析

黎旭刚

[摘要]随者我国电力事业的不断发展，各个地区的电网建设也是越来越完善，为我国的各行各业发展以及人们生产生活起到了良好的促进作用。10kV配网线路经过改造整体绝缘不断提升，供电可靠性大幅提高，低电压问题得到很大程度的解决，虽然线路安全性有所提升，但造成线路与变电站绝缘失配，使本来应该由线路对杆塔放电释放的雷电入侵能量，而经线路入侵至变电站，从而导致变电站内10kV避雷器放电；且线路绝缘越强，入侵至变电站的雷电波能量越大。基于这种情况，本文以一变电站10kV避雷器短时间内再次故障进行原因分析，简要探讨避雷器在运行中的工作方式，原理以及在工作中容易出现的异常，故障的具体处理方法。

[关键词]避雷器；绝缘性；故障击穿

[前言]2021年06月02日、2021年06月27日，某变电站在较短时间内连续发生两起避雷器爆炸，原因都是因为同一条10kV线路受雷电冲击后导致的故障跳闸，本文对此进行分析，并探索找出避雷器爆炸问题的根本原因并提出整改建议或措施，避免同类事件再次发生。

1 故障过程

1.1故障一

2021年06月02日15时42分，#2主变变低母线桥A相避雷器故障，10kV#2接地变高压零流Ⅰ段保护动作，跳#2变低5102开关。事件造成10kV 2M母线失压，10kV红方线、松崩线负荷损失。2021年06月03日03时50分，#2变低开关送电正常，恢复正常运行方式。

一、故障跳闸经过

1、故障前运行方式

#1主变变高1101开关及#1变低5101开关在运行中，#2变高1102开关及#2变低5102开关在运行，10kV母联5012开关在热备用状态（投入10kV母联备自投装置），10kV#1站用变、10kV#1接地变（消并小）、10kV#1PT挂10kV1M运行；10kV红方线、松崩线、10kV#2接地变（消并小）、10kV#2PT挂10kV2M运行。

2、故障后运行方式

#1主变变高1101开关及#1变低5101开关在运行中，#2变高1102开关在运行，#2变低5102开关在热备用，10kV母联5012开关在热备用状态（投入10kV母联备自投装置），10kV2M母线失压。

3、故障设备信息

#2主变10kV母线桥避雷器生产厂家：深圳市ABB银星避雷器有限公司，设备型号：YH5WZ-17/45，生产日期：2015年7月，投运日期：2015年12月30日。

二、设备现场检查情况

1、现场检查处理情况

2021年06月02日16时08分，接监控通知某变电站#2变低开关跳闸，运行人员随即下站检查，17时25分运行人员到达变电站，开始现场一、二次相关设备检查，发现#2变低10kV母线桥A相避雷器已炸裂，部分残骸在地上。

（图1  10kV母线桥A相避雷器炸裂）

06月02日22点35分，试验工作票许可后，试验人员把10kV母线桥三相避雷器及A相避雷器放电计数器拆下来试验，经测试B、C两相避雷器合格。试验人员对#2主变及#2主变变低母线桥进行检查试验，#2主变本体油色谱及绕组变形、直流电阻等试验结果无异常。

（图2 受损的A相避雷器及放电计数器）

06月03日02时20分，检修工作票许可以后，检修人员将试验合格的B、C相复装，并更换新的同类型A相避雷器和放电计数器。

1.2故障二

2021年06月27日17时43分，10kV #2PT B相避雷器故障，导致10kV2M母线接地，10kV#2接地变[消并小]高压零流Ⅰ段保护动作，跳#2变低5102开关。事件造成10kV 2M母线失压，10kV红方线、松崩线短时停运。2021年06月28日05时35分，10kV 2M母线送电正常，恢复正常运行方式。

一、故障跳闸经过

1、故障前运行方式

#1主变变高1101开关及#1变低5101开关在运行中，#2变高1102开关及#2变低5102开关在运行，10kV母联5012开关在热备用状态（投入10kV母联备自投装置），10kV#1站用变、10kV#1接地变（消并小）、10kV#1PT挂10kV1M运行；10kV红方线、松崩线、10kV#2接地变（消并小）、10kV#2PT、10kV#4电容器挂10kV2M运行。10kV#3电容器挂10kV2M热备用。

2、故障后运行方式

#1主变变高1101开关及#1变低5101开关在运行中，#2变高1102开关在运行，#2变低5102开关在热备用，10kV母联5012开关在热备用状态（投入10kV母联备自投装置），10kV2M母线失压。10kV红方线、松崩线开关、10kV#2接地变（消并小）开关在合闸位置，10kV#3电容器、10kV#4电容器挂10kV2M热备用。

3、故障设备信息

（1）10kV #2PT避雷器生产厂家：上海松邦电气有限公司，设备型号：YH5WZ-17/45，生产日期：2015年6月，投运日期：2015月12月30日。

（2）10kV #2PT柜避雷器运行监测器生产厂家：上海松邦电器有限公司 ，设备型号：JCQ-2/800，生产日期：2015年6月，投运日期：2015年12月30日。

二、设备现场检查情况

1、现场检查处理情况

2021年06月27日17时45分，接监控通知#2变低开关跳闸，运行人员随即下站检查，18:40运行人员到达变电站站，开始现场一、二次相关设备检查，发现高压室有浓烟，浓烟消散后进入高压室检查，发现10kV#2PT避雷器B相爆裂、B相泄露电流表烧坏，将检查情况汇报调度及变电管理所相关专业，并向调度申请将10kV 2M母线停电处理；19时37分，调度下令将10kV 2M母线由热备用转冷备用；21时20分10kV 2M母线转冷备用操作完毕，21时22分运行人员开始进行相关自调设备转检修操作，21时35分相关设备转检修及相关工作票安措布置工作全部完成。21时40分开始，运行人员许可班组相关工作。

试验人员对#2主变进行油色谱试验，结果无异常；对10kV #2PT及其避雷器进行检查试验，10kV #2PT及其A、C相避雷器试验结果无异常，另外，10kV #2PT避雷器B相已击穿，绝缘电阻为0；对10kV #2M母线进行检查试验，结果无异常。

检修人员排查已烧焦的二次导线布线和功能，并记录下来。经排查，烧焦的导线涉及带电显示装置及柜内照明回路，并不涉及继电保护，PT运行的功能。为保证尽快复电，检修人员把烧焦的二次导线拆除出来。再将试验合格的A、B、C避雷器和放电计数器复装到PT柜内，并把柜内清洁干净。

2 故障过程分析

案例一：

从损坏的避雷器残体可见，非线性电阻片本体及周边、侧面呈明显闪络击穿或热崩溃损坏痕迹，说明避雷器曾通过远超耐受能力的高复幅值或超大能量的电流，属于典型的强雷电引起的故障。

而6月2日正值雷雨天气较多，该地区打雷现象尤为频繁。判断为在远超过规定耐受能力的雷击或多次雷击作用下，避雷器损坏击穿，随后在超规定耐受能力的系统短路电流或再次强雷击作用下，避雷器彻底崩溃。使避雷器阻值不可恢复性大幅度下降，从几乎绝缘状态变成接近导电状态，导致系统短路，促使5102开关正常保护跳闸。现场检查，挂接于10kV2M母线的10kV红方线保护曾于15:42:33:838启动，启动时故障电流为6.99A（二次值，CT变比800/1），证明了上述雷击的存在。

（图3 电阻片本体出现侧面破坏性的击穿和闪络的痕迹）

案例二：

从现场拆下来的损坏设备可推断事发经过，当10kV #2PT柜 B相避雷器被击穿后，B相放电计数器也被击穿。避雷器放电击穿瞬间，绝缘较弱的那一侧从里到外被炸开。

（图4 B相避雷器偏带电显示器侧炸裂）

（图5 B相避雷器被击穿部分）

从损坏的可见，非线性电阻片本体及周边、侧面呈明显闪络击穿或热崩溃损坏痕迹，说明避雷器曾通过远超耐受能力的高复幅值或超大能量的电流，属于典型的强雷电引起的故障。

而6月28日，德庆地区下午经历了一场雷暴雨天气。初步判断为雷击发生在10kV 2M的某线路上，雷击入侵波通过线路进入10kV 2M母线，此雷击过电压远超#2PT避雷器过规定耐受能力，而B相避雷器在三相避雷器中绝缘较为薄弱，所以在超规定耐受能力的系统短路电流或多次强雷击作用下，避雷器损坏击穿，从几乎绝缘状态变成接近导电状态，导致系统短路，促使5102开关正常保护跳闸。

3 避雷器故障的原因分析

1、现场避雷器出厂时间均为2015年，至今已经运行6年时间，现场照片显示，避雷器均是被大电流瞬间击穿，接地 JCQ 监测仪也被烧掉，瞬间通过电流非常大。其他两相避雷器从外观上看没有问题，监测仪外观上也没有问题。

2、一般直击雷和一次连续雷非常频繁才有可能是避雷器炸裂造成放电，放电通道泄放持续电流，引起避雷器热崩溃，直接击穿。

3、2015年和2021年预试结果避雷器各项参数全部合格，故障后对未烧毁的避雷器做试验，结果也是合格。

综合照片分析，这两起避雷器炸裂属于个别现象，避雷器本体无任何瑕疵或者质量问题。避雷器本身就是一次设备绝缘基础，产品暴天气一次连续雷造成避雷器热崩溃，直接炸裂。南方多雷暴，雷暴天气一次连续雷造成避雷器热崩溃，直接炸裂。查询变电站附近落雷情况，故障发生期间，变电站附近落雷非常密集，所测得的电流大部分远超出10kV避雷器标称放电电流5kA。根据上述数据，认为10kV避雷器放电电流过大，是导致10kV避雷器故障的直接原因。

站内10kV避雷器动作，是由于雷电通过10kV线路入侵至变电站所致。认为10kV配网线路经过改造整体绝缘提升，虽然线路安全性有所提升，但造成线路与变电站绝缘失配，使本来应该由线路对杆塔放电释放的雷电入侵能量，而经线路入侵至变电站，从而导致变电站内10kV避雷器放电；且线路绝缘越强，入侵至变电站的雷电波能量越大。

4 防范措施及建议

为解决目前的存在问题，保证变电站运行的安全性及可靠性，建议采取以下一种或几种应对措施：

1）加强进线段保护，减少变电站附近雷电直击的几率

a)对位于变电站附近的位置较高的10kV杆塔加装避雷针，避雷针位于杆塔顶上1.5-2.0米，即采用直击雷防护,降低雷电直击导线的几率；

b)对绝缘水平较高的10kV线路，在变电站附近，便于维护的杆塔设置1-2处绝缘弱点，实现线路与变电站的绝缘配合。对第1-2基10kV杆塔导线加装放电间隙，降低入侵变电站雷电波的幅值；

c)如有条件，雷害严重的10kV线路进线段采用绝缘导线。参考《国家电网有限公司十八项电网重大反事故措施（修订版） 2018年》9.1.4款，变电站出口2km内的10kV线路应采用绝缘导线。

2)提高变电站避雷器的耐雷水平。对雷害严重的变电站，建议将10kV母线避雷器放电电流选为10kA。

结束语

在电力系统中，避雷器对变电站的安全运行起到了至关重要的地位，在实际的工怍中一定要保证避雷器的安全可靠运行，一旦变电站中避雷器出现泄漏电流过大等现象，要及时的进行排查分析原因。采取科学有效的措施在最短时间内恢复供电，这是关系到整个电网安全输电、可靠运行的一个重要环节。本文针对目前避雷器在配网改造过程中出现保护失配的问题和隐患，提出了防范措施及建议，对解决目前避雷器同类型的问题具有一定的意义。

参考文献

【1】周泽存.过电压技术[M]。北京中国电力出版社.2007

【2】谢海波，滕昊．110kV某变电站氧化锌避雷器缺陷原因分析与处理（J)．电工技术，2019,40(19):70-71.