10kV配电避雷器故障分析

10kV配电避雷器故障分析

保云猛1   王艳东2    张辉3   李杰4  陈博睿5

1.红河石屏供电局  云南石屏  662200

2.红河石屏供电局  云南石屏  662200

3.红河石屏供电局  云南石屏  662200

4.红河石屏供电局  云南石屏  662200

5.文山供电局  云南文山  663000

 摘要：避雷器是一种过电压保护装置，当电网电压升高达到避雷器规定的动作电压时，避雷器动作，释放电压负荷，将电网电压升高的幅值限制在一定水平之下，从而保护设备绝缘所能承受的水平，除了限制雷击过电压外，有的还能限制一部分操作过电压。当前，在10kV的配电网中，配电用避雷器的使用频繁而大量，以防止因为配电设备在雷电过电压下发生损坏。在实际运行中，避雷器因质量原因或者运行维护不到位，从而导致一些避雷器发生击穿故障。避雷器被击穿后，10kV线路通过避雷器发生接地，此时，必须停电才能处理或者隔离故障，故在一定程度上降低了供电可靠性。基于此，本文对10kV配电避雷器故障分析及防范进行探讨。

        关键词：10kV配电；避雷器；故障

1、10kV配电线路避雷器故障分析的必要性

        目前，金属氧化锌避雷器在配网线路中得到广泛应用，配电线路和设备的耐雷水平有所提高。作为这种限制过电压、进行变电站和直流换流站绝缘配合电力设备来说，本身具有残压小、体积小、保护性能好以及吸收过电压能量大等特点。在目前运行过程中，因避雷器被击穿而发生的线路跳闸事故时有发生，这样供电的可靠性就得以降低，因此对10kV配电线路避雷器故障分析就显得很有必要，必须要给予高度关注[1]。

2、 10kV配电避雷器故障原因分析

        2.1由阀片侧面高阻层裂纹所导致的故障

        2.1.1高阻层裂纹故障典型例子

        2015年9月29日，在南方某地发生了一起避雷器被击穿故障。事故后，相关维修人员对避雷器实施了解体击穿，他们发现，其内部并没有一般想象中的金属锈蚀，也未见阀片内部以及喷铝面的放电现象。不过，他们还是在阀片侧面发现了电弧通道。更重要的是，有关维修人员还在避雷器侧面绝缘层发现了非常微细的裂纹。经分析，正是这些裂纹，使得避雷器绝缘强度被大大地降低，最终造成了被击穿的后果。

        2.1.2高阻层裂纹原因分析

        就避雷器绝缘釉而言，其中的高阻层，是可以用一种涂料充当的，这样的涂料必须是有机材料所配制。就侧面绝缘层而言，实际上为高温烧结而成的。在某些情况下，这样的绝缘釉是有可能有细微裂纹出现的，这就是两种热膨胀系数的差异过大：一个是阀片的，另一个是高阻尼的。这种裂纹的出现，会导致避雷器的绝缘釉产生强度降低的后果。这样的后果带来的是过电压下会发生闪络现象。而正是这样的现象，直接造成了故障的发生。这是因为，避雷器的制作中，一定是要将雷器阀片和外绝缘筒之间的空腔消除掉，其所用材料为温度比较高的注胶。由此带来的后果是：就避雷器阀片而言，它和侧面高阻层热膨胀系数之间，由于注胶而来了的较大差异，而所有的问题，就是以此为根源的[2]。

        2.2避雷器内部受潮原因分析

避雷器自身的质量问题则是其内部受潮的主要原因。具体分析产生这样的原因包括以下几个方面：第一，在避雷器生产过程中密封有可能在生产与装配的过程中，由于安装环境湿度超标所致；第二，部分潮气滞留在阀片及内部零部件上，烘干不彻底所致；第三，密封圈漏放放偏在装配时，或者杂物在密封圈与瓷套密封封面之间存在都影响避雷器内部受潮。
        2.3雷电冲击的故障的原因分析
        避雷器应能耐受2次65kA（或40kA）的雷电流冲击，这是避雷器国家标准。由于避雷器中流过雷电流有两种途径，即雷电直击和沿线路来波，所以10kV系统中避雷器不可能流过超过65kA（或40kA）的雷电流。对于超过10kV线路耐雷水平的65kA（或40kA）的雷电流来说，这个不可能成立的；当是雷直击杆塔的情况下，雷电流可能超过65kA（或40kA），同时应该注意，此值远远超过10kV杆塔反击耐雷水平，所以，线路多相闪络现象就会出现，这样就会引起相间短路速断跳闸。对于线路单相接地这个故障来说，没有进行速断跳闸现象，所以说，雷电直击产生的雷电流不可能超过65kA（或40kA）。
        对于雷电流是冲击电流波来说，不同电流下的故障表象及阀片仔细分析可以得出，避雷器遭受到雷电过电压作用而使阀片中流过雷电流是阀片损坏原因，同时，阀片中的电流密度也是比较大的。不是均匀分布的冲击电流在阀片，阀片就会遭破坏是因为更容易使得局部阀片的雷电冲击电流密度超过其允许极限值。阀片破碎、爆炸只有在电流能量很大的情况下形成，在电流能量不太大情况下，一般造成阀片破裂。这里分析阀片破碎原因如下：系统电压一般情况下是由避雷器内4片阀片共同构成承担，但是当其中的2片破裂恶化后，其余2片就承担全部的系统电压，这样使得劣化程度进一步加重，最后工频电压下阀片会遭到破坏。当能量较大的工频电源下，就会出现阀片的破碎或者爆炸。

3、10kV配电线路避雷器故障的防范措施
        3.1加强异常气象条件下避雷器的巡视
        基于对避雷器故障发生前的了解，避雷器处于运行区域轻微雾霾和无雷电阴雨环境之中，这说明避雷器在空气湿度大且户外温差变化较大的环境之中容易出现受潮故障。为了尽可能的避免避雷器受潮故障，应当加强异常气象条件下避雷器巡视工作，尽量避免避雷器受到潮气的影响，降低避雷器内部出现受潮击穿情况的概率。总之，在异常气象条件下，相关工作人员应当提前制定特殊环境下的巡视计划，并且做好避雷器防护工作，以便避雷器状态良好，能够持续发挥作用，有效保护输电线路或电气设备。
3.2注重避雷器检测
        除合理应对雷电天气外，加强对避雷器自身的检测同样重要。针对采购回来的避雷器，工作人员需要展开抽样检查，仔细检查避雷器各部件性能，确定其是否符合相关标准规定，且通过密封试验检测避雷器的密封性。在避雷器的安装工作中，工作人员还应查看避雷器的外部构造，无任何外观问题的前提下，方可安装避雷器，同时检测避雷器的最大绝缘电阻值，极值应保持在大于或等于1000MΩ。待避雷器安装完毕后还需进行验收，确保安装符合规范要求。
     3.3将避雷器作接地处理
        工作人员需直接固定避雷器的接地螺栓与接地线，之后按照横担、沿接地引下线进行有效接地，确保各连接部位的牢固可靠，以保障整个接地系统的完整性。这里值得注意的是，避雷器连接的接地地网电阻值应控制在4Ω以下。焊接环节要求工作人员使用螺栓加以连接，以增强各部件连接的紧密性，防止杂质和缝隙的产生。该处理也可增强避雷器的防潮能力，延长其有效工作时间[3]。
    3.4增加避雷器巡查次数
        除上述故障应对措施外，增加避雷器巡检次数同样至关重要。以“基础热像”为根据的红外诊断方法是当前避雷器常用的故障诊断方法，可有效诊断故障状态下的热场，温度升高变化以及阀片受潮或老化问题。一旦在巡检中发现避雷器温差在0.5℃-1℃范围内时，工作人员要及时作停电处理，展开避雷器安全检查与试验。另外，还要查看避雷器同低下连接的部位，防止因锈蚀作用而增大接地电阻，进而阻碍雷击电流的通过，如果雷击电流不能尽快流入大地，则剩余雷击电流会破坏避雷器性能，并引发危险事故。
        再者，工作人员要加强避雷器外观查验，以免其出现闪络、老化破损问题。如果检查到避雷器存在上述问题，则应采取更换或维修等措施加以处理。避雷器的检测工作还要求工作人员具备过硬实力，检测人员需不断学习新知识，加强避雷器故障识别能力，确保线路的安全性。
3.5加强管理及维护
        管理和维护工作是长期而复杂的一项工作，要关注的方面很多，工作量大、任务重。具体来说，可以从以下几个方面入手：第一，对配电变压器、线路绝缘子以及避雷器等相关配电线路设备进行定期检测，及时发现并处理线路缺陷，这能够保证配电线路避雷器不被恶劣天气所影响；第二，配电线路避雷器上要加设分路开关，这样能够保证一个支路发生故障的时候，别的支路也能够正常的使用；第三，对配电设备及线路进行定期巡视检查，并要做到实时有效的线路负荷监测，注意负荷变化。用电量一定要保证在可承担的负荷之内，防止线路避雷器因为超负荷而产生故障；第四，制定完善的配电线路避雷器运行规程以及各种配电管理制度，并依此制定配套的安全责任制度，在实际工作中，要严格执行制度；第五，明确各用户产权设施的管理要求，落实各种产权不清的设备管理人，做到设备责任到个人，当设备出现问题的时候，能够得到及时的检修或者更换。
4、结束语：
        综上所述，在实际的运行之中，由于避雷器质量问题和其运行维护方面工作的不到位，造成击穿故障等很多。因此，相关工作人员必须要深入了解10kV配电线路避雷器的故障原因，制定出有针对性的防范措施，以确保其正常安全的运行，从而为居民的安全用电提供必要保障。
参考文献：
[1]苏凤仁,赵富红.10kV配电网避雷器故障分析及处理措施研究[J].城市建设理论研究(电子版),2019(2)：2-2
[2]刘素芳,陈康,亓兆全.10kV配电线路避雷器安装使用的优化选择[J].科学与信息化,2020,000(003):P.80-81.
[3]贺吉昌.10kV避雷器失效原因分析及建议措施[J].工程建设与设计,2019,No.416(18):137-138.