2013-08-15T21：57，内蒙古巴彦淖尔地区某变 电站500 kV线路跳闸，现场检查发现W相避雷器爆 炸烧毁，接地下引线软连接烧断，避雷器上、中、下 三节防爆膜均已动作，上节下法兰防爆口处有黑色 灼烧痕迹，检查避雷器一次引线无异常。

随后对线路进行检修。首先对避雷器进行高 压试验，U、V相试验结果正常，W相上、中、下三节均 已被击穿；对同间隔的其他设备（CVT、开关、刀闸） 进行诊断试验，未见异常；对主变压器的变压器油进行色谱分析，色谱数据正常。试验结果为W相避 雷器发生故障损坏。故障发生时为雷雨转暴雨天 气，风力4—5级，温度20 ℃。该变电站运行方式正 常。 1.2 避雷器运行情况

发生故障的W 相500 kV 避雷器型号为 Y10W1-444/1050W，2009年12月投入运行，该避雷 器压力释放电流为63 kA，计数器电流监测范围为 0~5 mA。

根据2013-03-01—08-15的巡视记录数据，三 相避雷器泄漏电流数值稳定（2.2~2.4 mA），现场带 电测试数值和初始值对比数据如表 1所示。 线路发生故障跳闸后对端电厂侧U、V相避雷 器均未动作，W相计数器动作1次，避雷器及其他设 备未见异常。

表 1(Table 1)

表 1 避雷器实测值与初始值对比数据 mA

表 1 避雷器实测值与初始值对比数据

线路发生故障跳闸后对端电厂侧U、V相避雷 器均未动作，W相计数器动作1次，避雷器及其他设 备未见异常。 2 现场检查过程分析

2.1 现场检查情况

故障发生后拆除W相避雷器，检查发现各节顶 部均有大量黑色物质，且顶盖已变形（见图 1）；检查 避雷器底座，发现瓷件有裂纹（见图 2），瓷件内部有明显电弧灼烧痕迹（见图 3）。

图 1(Figure 1)

图 1 避雷器变形顶盖

图 2(Figure 2)

图 2 破裂的避雷器底座

图 3(Figure 3)

图 3 避雷器底座内部的灼烧痕迹

在本次故障过程中，线路侧保护最快15 ms动 作，约44.8 ms后5051、5052 W相断路器跳开，切除 故障，最大故障电流为10.86 kA；5051断路器保护 679 ms发重合闸命令，768 ms保护三跳，约50 ms切 除故障，最大故障相电流为31.97 kA。

故障录波图见图 4。由图 4 可以看出，5051、 5052断路器重合闸前，有1个再次遭受雷击的电压 突变过程。

图 4(Figure 4)

图 4 变电站故障录波图

3.1 解体检查

该避雷器分上、中、下3节，内部采用氧化锌阀 片无间隙单柱串联结构，在避雷器上节顶部装设均 压环，避雷器上节的氧化锌阀片并联1组均压电容， 下端设有绝缘底座。由于该避雷器故障后绝缘电 阻严重偏低，而其内部已破坏，无法进行高压试验，因此分别对避雷器上、中、下节进行解体检查^{[1, 2, 3]}。 3.1.1 避雷器下节

避雷器下节由40片阀片自上而下串联构成，阀 片中心穿有绝缘棒支撑，由绝缘筒（材质为环氧树 脂）与瓷套隔开，上下均由防爆膜密封。解体后检 查情况如下。

（1） 避雷器下节瓷套完好无破损，瓷套内壁有 灼烧痕迹。

（2） 避雷器下节下端挡板上有部分黑色黏稠 状液体及圆形颗粒，分析认为黑色黏稠状液体由环 氧树脂灼烧后形成，而圆形颗粒为吸附剂（存放于 避雷器每节下端的挡板内，起干燥作用）。

（3） 避雷器下节上、下端密封盖板内表面干 净、色泽鲜亮，无进水受潮迹象，密封胶圈弹性良 好、密封严密，无老化迹象。

（4） 下节绝缘筒整体完好，表面有灼烧痕迹。

（5） 下节阀片基本完整，在所有阀片侧面均发 现贯穿性放电痕迹，单片阀片上、下表面有闪络烧 损和熏黑痕迹，阀片松脆、易碎。 3.1.2 避雷器中节

避雷器中节由41片阀片串联组成，结构形式同 下节。

按照相同步骤对避雷器中节进行解体检查。 中节瓷套完好无破损，内壁有灼烧痕迹；挡板上同 样发现环氧树脂灼烧后形成的黑色黏稠状液体及 碳化的吸附剂颗粒；上、下密封盖板密封良好，均未 发现进水受潮迹象。绝缘筒的上部烧蚀情况较为 严重，所有阀片均有贯穿性放电痕迹。中节烧损情 况较下节严重。 3.1.3 避雷器上节

避雷器上节由40片阀片串联组成，阀片一侧并 联的均压电容（由环氧树脂包裹，与避雷器上节顶 部均压环共同作用，使得避雷器每节承受电压的不 均匀系数控制在10%以下），其他结构同中、下节。

对避雷器上节进行解体检查，上节瓷套完好无 破损，内壁有灼烧痕迹，挡板上同样发现环氧树脂 灼烧后形成的黑色黏稠状液体及碳化的吸附剂颗 粒；上、下密封盖板密封良好、均未发现进水受潮迹 象。上节绝缘筒约1/3部分烧蚀情况严重，所有阀 片存在贯穿性放电痕迹，上节阀片烧蚀情况较中、 下节严重。均压电容外包裹的环氧树脂上部烧蚀 情况较为严重，剥开环氧树脂层，发现均压电容非 金属部分已经炭化为粉末。上节烧损情况最为严 重。 3.2 避雷器各部件绝缘电阻测试

对解体后的避雷器各部件进行绝缘电阻测试， 结果如表 2所示。

表 2(Table 2)

表 2 避雷器各部件绝缘电阻测试结果1） GΩ 注：1） 避雷器上、中节的绝缘筒及绝缘棒均已烧毁，无法进行绝缘电阻测试。

表 2 避雷器各部件绝缘电阻测试结果1）

8 月31 日，对全线路进行登塔检查，发现线 N44+1耐张塔L3相引流线跳串重锤及跳串绝缘子 上端碗头处有细微烧伤痕迹。根据故障时段天气 情况及现场设备烧伤情况初步分析，判断故障原因 为雷击跳闸。

铁塔位于变电站周围的盐碱地中，距电厂 12.21 km，距变电站35.34 km。塔型为SJTIB型双回 直线耐张塔，呼称高27 m。耐张绝缘子各相采用双 串XWP-210瓷绝缘子，跳串采用单串FXBW-500/ 100（结构高度4560 mm）合成绝缘子，2011年8月挂 网。故障相L3相位于线路右上端，铁塔防雷保护角 为0°。接地形式为甲3型，采用灌注桩基础外钢护 套接地，接地电阻设计值为10 Ω。找到故障点后， 对铁塔接地电阻进行了测量，4脚电阻分别为：A脚 4.1 Ω、B脚3.6 Ω、C脚3.8 Ω、D脚4.2 Ω，接地装置良 好，满足运行要求。

8月15日晚为雷雨天气，风力不大，但落雷密集 且雷声很响。22：00左右，大约在N45、N52、N53塔 顶处有“着火”现象，对该区段进行登塔检查，未发 现放电烧伤点，分析认为是雷电流泄流造成地线放 电间隙正常放电动作。

线路故障塔位附近均无高大树木、建筑物，在 落雷较密的天气，易受雷击作用造成放电。结合雷 电定位系统信息及现场设备烧伤等情况分析，本次 故障符合雷电绕击特点，认为是雷电绕击故障^{[2, 3, 4]}。 3.4 故障原因分析 3.4.1 故障过程分析

根据现场检查及保护动作情况分析，推断避雷 器故障过程如下：由于遭受雷击使线路发生故障， 首先造成5051、5052 W相断路器跳闸（故障点测距 32.47 km，证明此时避雷器尚未击穿）；在5051、 5052 W相断路器重合闸之前497.4 ~597.4 ms，线路L3相遭受较长时间的雷击，造成W相避雷器内部被 击穿，压力释放装置动作；5051、5052 W相断路器重 合闸，在避雷器W相处发生接地短路故障，巨大的 短路电流造成避雷器底座损坏，同时导致避雷器爆 炸，计数器软连接对避雷器支柱钢杆放电并被电弧 烧断。 3.4.2 解体过程分析

解体过程中避雷器上、中、下3节密封盖板表面 光滑、清洁，密封胶圈压接良好，避雷器内部未见进 水受潮迹象，且避雷器历次试验数据结果均正常。

通过查询此避雷器历年试验数据，均未见异 常，同时查询避雷器全电流在线监测仪数据，三相 泄漏电流值均在2.2~2.4 mA，且投运至今未见明显 变化，因此排除避雷器因氧化锌阀片劣化而发生故 障的可能。

经解体检查，避雷器上节均压电容芯体较完 整，而避雷器上节上端阀片已完全烧毁，可初步排 除均压电容为故障起始点的可能。 3.4.3 避雷器耐受电压分析

关于避雷器耐受电压特性即“工频电压耐受时 间特性”，《GB 11032—2010 交流无间隙金属氧化物 避雷器》中规定：“工频电耐受时间特性是表明避雷 器在运行中吸收了规定的操作过电压能量后，耐受 暂时过电压的能力。当暂时过电压的幅值高于或 低于避雷器额定电压而作用时间短于或长于10 s 时，可以用工频耐受时间特性曲线校核，该曲线必 须由避雷器制造厂提供”^[5]。该避雷器工频电压耐 受时间特性曲线见图 5所示。

图 5(Figure 5)

图 5 避雷器工频电压耐受时间特性曲线

从图 5可以看出：电压越高，避雷器耐受时间越 短，如电压为1.15倍的额定电压，即510.6 kV时，避 雷器耐受时间为1 s；将此曲线向左延长，当电压约 为1.20倍的额定电压，即532.8 kV时，避雷器耐受时 间为0.1 s（100 ms）。如在避雷器上作用的电压超过曲线范围，则避雷器有损坏可能。

经与厂家共同分析，最终确定此次避雷器故障 原因为：线路遭受雷击发生故障，造成5051、5052 W相断路器跳闸，在5051 W相断路器重合闸之前的 497.4~597.4 ms，线路L3相遭受较长时间的雷击过 电压冲击，避雷器因无法承受长时间、高电压作用 而被击穿损坏。 4 预防措施

（1） 按照试验规程规定认真开展避雷器带电 测试工作，每年雷雨季节来临前对避雷器进行全电 流、阻性电流测试，红外精确测温等带电检测，并对 测试数据进行分析，发现异常及时检查处理。

（2） 加强对避雷器的巡视检查工作，认真做好 避雷器在线监测电流记录。

（3） 做好设备的备件储备，确保设备发生故障 时可以及时进行更换。

（4） 将本次故障区段列为雷电活动区，加强对 该区段接地电阻等防雷设施的检测，对不符合要求 的设施及时进行治理。

（5） 对近期发生的跳闸故障进行综合分析，结 合雷电定位系统、厂站测距以及以往雷击故障工作 经验，制订线路故障巡查重点措施，确保雷击故障 发生后查找工作及时准确完成。

（6） 结合季节特点，及时开展对线路的特巡及 监控，并做好相应的应急准备。