一起110_kV复合外套避雷器故障分析及对策_陶者青.pdf

电世界(2023 1)1717一起 110 kV 复合外套避雷器故障分析及对策陶者青段晓伟(中国石油化工股份公司金陵分公司，210000，江苏南京)图 1避雷器故障时电压波形1故障情况2020 年 11 月 21 日 23:47，某企业 110kV 线路因线路 A 相避雷器故障导致跳闸。线路跳闸造成下级 110 kV 变电站段母线失电，母线上 3 台变压器失电。检查保护装置及故障录波动做记录，保护装置显示为线路 A 相接地故障，线路光纤差动保护出口动作将故障切除。该起故障造成多个生产装置生产波动。分析故障录波波形，110 kV 系统 A 相电压骤降接近 0，B、C 相电压基本不变，系统出现零序电压和零序电流，电压波形截图如图1 所示。2故障点查找及处理故障发生后，该企业电气运维人员立即沿着停电线路检查，在线路 1 号杆塔处发现故障点，A 相避雷器已损坏。避雷器顶部已与整体爆炸分离，绝缘伞面已变形，内部阀芯呈现黑色烧焦痕迹，已无法进行试验检测，如图 2 所示。故障线路转检修，由外委单位进行故障抢修，对故障点的三相避雷器进行统一更换。3原因分析故障避雷器为 YH10W 108/281W 型，2017 年 6 月生产，2020 年 6 月安装投运，安装前试验数据合格。按照 GB 501502016电气装置安装工程电气设备交接试验标准要求对 B、C 两相避雷器进行试验，满足规程要求。从避雷器故障相残存部分来看，故障相在爆炸时受到了强大的内部冲击，压力释放器动作，在上部喷弧口处断为两节。断口处环氧玻璃布板材质的绝缘支撑件被炸裂，环氧玻璃丝散乱，外部硅橡胶断裂，内部氧化锌阀片被震碎。比较 3 个喷弧口的受损情况，上部喷弧口 发 输 变 电 1818电世界(2023 1)图 2110 kV 线路故障避雷器受到冲击最大，直接断开;其次为中间喷弧口，中间三个喷弧口之一被撑大;下部喷弧口所受到的冲击相对较小。在玻璃布绝缘支撑件内外随处可见大量因高温灼烧、放电遗留的碳化痕迹及黑色碎屑，如图 3 所示。该避雷器的内部上下各分布 1 个电极，上电极与接线板螺纹连接，下电极与底部法兰螺纹连接。这 2 个电极与绝缘支撑管连接，兼具承力与密封作用。上下电极的连接螺栓孔与避雷器内部均不连通。上下电极与绝缘支撑管之间的连接为避雷器的主密封，密封面采用螺纹配合涂胶工艺。避雷器芯柱由氧化锌阀片及金属垫片、金属压紧环组成，共 32 片阀片，分为 6 组(最后一组为 7 片)。每组氧化锌阀片之间布置铝材质的压紧环及上下金属垫片，在上电极侧布置压紧弹簧，确保各组件之间充分接触。图 3故障避雷器喷弧口在中间喷弧口和上部喷弧口附近的硅橡胶外套内层，发现了大片深绿色的附着痕迹，以上部喷弧口更为显著。该部分绿色痕迹明显有别于硅橡胶内层其他正常部分，也不同于因放电爆炸产生的灼烧黑色痕迹，推断上部喷弧口的对应位置有潮气侵入，且侵入过程持续了相当长的一段时间。将避雷器的上电极从环氧玻璃管上端拆除，如图 4 所示。电极外螺纹表面金属光泽暗淡，但没有渗水氧化痕迹，包括环氧玻璃管上部内表面都比较干燥，外螺纹上端的红色粉末应该是在旋转拆卸过程中遗留的密封胶，整体上看上电极处密封良好。检查下部电极密封情况，将避雷器的下电极从环氧玻璃管下端拆除，如图 5 所示。电极螺纹外表面和玻璃管内表面均无渗水放电痕迹。但是，下电极上表面与氧化锌阀片接触的地方出现明显铜绿，周围有明显的放电烧蚀痕迹，可推断此处必长期受潮。综合上下电极和复合外套检查情况，推测潮气应该是从避雷器中部侵入，自上而下逐渐在底部进行集聚，可以排除由上下电极侵入的可能。为进一步观察故障相避雷器内部情况，将环氧玻璃管切段，将残存的避雷器阀片及其他碎片部分取出。由于爆炸冲击过于强烈，所以在管体内部及金属件表面均随处可见碳化发黑 发 输 变 电 电世界(2023 1)1919图 4上电极图 5下电极的痕迹。仔细观察后发现，在这些黑迹的底层存在着大量绿色锈迹，如图 6 所示。同时，在氧化锌残片、导电垫片、压紧弹簧、玻璃管内表面均有受潮的痕迹。可见，该节避雷器在爆炸前已长期受潮。图 6故障相切段解体内部图示对正常相也进行解体，在解体过程中发现避雷器内部没有放置吸附剂;而且，在上下电极上，只有便于拆卸电极的安装孔，并没有便于向内部充气的工艺孔。这种结构布置，无法使避雷器内部保证一定程度的微正压。当温度降低时，避雷器处于负压运行。一旦出现密封不良，潮气侵入将会成为必然。吸附剂可以延缓故障发生的时间，为缺陷的发现及处理提供时机。该型避雷器没有吸附剂，导致了缺陷的短期暴露，并发展为故障。4整改措施电力线路是工矿企业的生命线，一旦线路故障将造成企业生产波动，产生巨大的经济损失，甚至造成安全环保事故。避雷器故障主要有密封不良、氧化锌阀片制造工艺及安装质量等原因。氧化锌阀片是避雷器的主要组成元件，其绝缘性能及非线性特性直接影响避雷器使用寿命。建议对避雷器设备采取以下防范措施。发 输 变 电 2020电世界(2023 1)(1)加强避雷器运行维护，每月进行一次红外测温。依据 DL/T 6642016 带电设备红外诊断应用规范附录 1 对避雷器阀片受潮和老化情况进行判断。雷雨过后，检查在线监测电流及计数器动作情况，并记录。考虑到避雷器呼吸作用会导致外部潮气在避雷器密封不严的情况下进入，受潮击穿的可能性增加，因此在久雨或潮湿天气后增加红外测温次数。(2)该线路避雷器仅配置放电计数器，在线监测手段不足，建议对避雷器定期开展带电检测。通过测试全电流，掌握避雷器整体是否受潮;测试阻性电流，掌握避雷器阀片的性能变化，及时发现避雷器阀片老化等缺陷，使隔温型耐超高温超 A 类阻燃防火电缆的研制崔明晟(江苏宝胜科技创新股份有限公司，225800，江苏扬州)1问题的提出随着经济的快速发展，我国高层、超高层建筑如雨后春笋般崛起，为城市带来生机与活力的同时，也对电气安全提出了新的挑战。由于高层、超高层建筑等发生火灾后，火焰温度高、燃烧迅速，使得扑救难度大，所以应采取足够的预防措施，如采用超高耐火等级、超优阻燃特性的防火电缆等，达到预防火灾和防止火势蔓延的目的，进而为人员逃生提供充足的时间。为满足以上需求，我公司通过完善电缆结构、选用特殊材料等措施，设计出超高温、超时长耐火的防火电缆，命名为隔温型耐超高温超 A 类阻燃防火电缆。该产品额定电压 0 6/1kV，能够满足 UL 1709 标准钢结构防护材料的快速升温燃烧测试标准中承受火焰温度2 000 100 (2 000 1 093)至少 30 min 的耐火试验要求。2结构示意图产品结构如图 1 所示。21绞合铜导体采用符合 GB/T 39532009 电工圆铜线规定的电工铜单线，经大拉机、中拉机和小拉机精密拉丝和在线恒温恒压退火后，绞合成圆形、扇形或瓦型铜导体。图 1电缆结构示意图22云母绝缘层采用耐800 以上高温的优质云母带材料，经立式绕包机、卧式绕包机、塔式绕包机或高速绕包机等紧密重叠绕包，在保证绝缘电阻100Mkm 的基础上，大幅提升其温度的耐受性，使其在火焰中长期运行，不发生击穿。23绝缘增强层绝缘增强层采用符合 GB/T 135422009电气绝缘用薄膜中规定的电气绝缘用薄膜，以重叠绕包的方式包覆在绝缘层外，保证绝缘层无吸潮、免受机械损伤等。24无机填充层采用耐温阻燃轻质填充绳填充，在保证电缆阻燃性能的同时，具有隔热、耐温的性能。相比传统的无机填充绳，耐温阻燃轻质填充绳具有质量小、长度长、强度高和填充紧密等 发 输 变 电 电世界(2023 1)2121优势。25绕包内护层采用高熔点(800 以上)、高强度(900N/25 mm)的无机玻璃布带为主要材料，以30%的搭盖率重叠绕包而成。在经受外部冲击的情况下，仍能有效防护电缆内部结构，同时具有很好的耐高温性能。26高阻燃隔温层采用氧指数42 的高阻燃、可结壳的隔温材料挤包，在高温下，能够迅速结壳，起到隔火耐温的作用。27非磁性不锈钢护套非磁性不锈钢护套采用符合 GB/T 52312012 加工铜及铜合金牌号和化学成分中规定的非磁性不锈钢材料。该材料具由超高熔点(最高可达 1 500)，超高强度(最高可达 1 000 MPa)，保证电缆敷设过程中和长期运行中承受一定的弯曲、压扁、浸水等状况时，仍保持线路完整。28外护套外护套采用符合 GB/T 127062008 额定电压 1 kV(Um=1 2 kV)到 35 kV(Um=40 5 kV)挤包绝缘电力电缆及附件规定的护套材料，且具由优异的阻燃性能，使电缆进行 A 类阻燃试验过程中，延燃高度1 5 m(标准要求2 5 m)。3产品技术参数及试验(1)最低敷设温度不低于 40。(2)短路时(最长持续时间为 5 s)导体最高温度不得超过 250。(3)满足 GB/T 34926 规定的弯曲试验要求:弯曲轮直径500 mm，反复弯曲至少一次后，浸入水中 1 h，承受 3 500 V 交流电压，不击穿。(4)满足 GB/T 34926 规定的压扁试验要求:压扁系数 0 90，护套无裂纹，浸入水中 1h，承受 3 500 V 交流电压，不击穿。(5)满足超 A 类阻燃试验要求:非金属含量为 14 L/m，燃烧时间为 80 min，且延燃高度1 5 m。(6)满足 BS 6387 规定的 C(950 40，耐火)、W(650 40，耐火加喷淋)、Z(950 40，耐火加冲击)耐火试验要求，不击穿。(7)满足BS 8491 规定的在同一根试样上进行耐火、喷淋和冲击的试验，且试验温度约为2 000，时间为360 min，试样不发生击穿。4产品特点(1)耐火等级高。(2)具有防水、防潮、密封特性。(3)抗机械冲击能力突出。(4)耐磨、耐腐蚀性能优越。(5)电缆定长交货，质量小且柔软，易安装。5结语隔温型耐超高温超 A 类阻燃防火电缆具有超高耐火等级、超优阻燃的特性，适用于超高层建筑、大型宾馆酒店、机场和地铁等重要场所的低压配电线路中火灾自动报警系统、消防系统和应急照明系统等，具有广阔的市场前景。(编辑志皓)其在雷雨季节真正起到保护作用。特别是在停电试验周期未到时，运行电压下的全电流、阻性电流测试，可以有效发现避雷器性能劣化问题，避免风险事故。停电时，应对避雷器瓷套或硅橡胶外套表面进行清扫，防止发生污闪或对泄漏电流带电测试数据造成影响。运行满 10 a的避雷器，密封元件受损概率显著增大，且阀片老化，应进行特殊巡检，运行中应重点跟踪泄漏电流的变化，停运后应重点检查压力释放器是否破损。(3)采购、存放、安装、运维等阶段都需要加强管理，做好验收和各阶段的试验工作，防止劣质产品投用，确保使用的避雷器都符合相关技术规范。(编辑志皓)发 输 变 电