0 引言

金属氧化物避雷器在现代电力系统过电压防护方面起着重要作用，以其结构简单、运输安装方便、性能稳定等优点，为电网的安全稳定运行提供了可靠保障。运行中避雷器常因质量问题及运行维护不到位导致击穿故障^[1-4]，引发开关等设备跳闸，影响电力系统的安全运行。本文针对一起66 kV避雷器因单相间歇接地引起的过电压进行原因分析，并提出防范措施和建议，以提高电气设备的运行维护水平^[5-7]。

1 故障情况及故障前系统运行状态

2018-03-27T16：30（风力约10级），内蒙古东部地区220 kV北沙变电站66 kV北昆线过流Ⅱ、Ⅲ段保护动作，重合不成功，16：40北昆线试送一次，重合后再次跳闸。检查发现是北昆线对端萨如拉开关站的线路侧避雷器W相损坏。

220 kV北沙变电站共2台主变压器（1运1备），故障前2号主变压器运行。66 kV线路为双母线并列运行，出线9回，线路总长176 km，66 kV线路系统接线图如图 1所示。扎哈淖尔变电站、查格达变电站均在66 kV母线装设消弧线圈，其中扎哈淖尔变电站消弧线圈为运行状态，查格达变电站消弧线圈退出运行，北沙变电站66 kV系统线路电容电流为38.45 A（理论值），系统为欠补偿状态，补偿度为-34.8%。北昆线通过30.68 km处的66 kV输电线路T接至萨茹拉开关站的1号站用变压器间隔，在萨茹拉站端仅带1台66 kV的站用变压器。

2 避雷器损坏情况及初步原因判断

66 kV线路避雷器为Y5W1-96/250W型氧化锌避雷器，现场检查发现，1号站用变压器66 kV侧U、V相避雷器外观良好，U相泄漏电流表计数器动作76次，V相泄漏电流表计数器动作11次，W相避雷器本体压力释放通道打开，并有明显烧损痕迹。泄漏电流表观察窗烧损，计数器动作83次（U、V、W相原始计数器动作次数显示均为5次）。避雷器本体与泄漏电流表间的连接排在泄漏电流表根部螺栓连接处烧断，损坏情况如图 2所示。

经查阅，厂家对该批次避雷器电阻片的定期试验及型式试验报告资料齐全，且U、V、W相避雷器交接试验结果合格，故障后于3月28日对1号站用变压器避雷器U、V相进行了直流参考电压泄漏电流及绝缘电阻测量试验，数据均合格，测试数据如表 1所示。

4月2日对W相避雷器进行解体检查，解体照片如图 3所示。通过解体观察，发现故障避雷器密封部位完好，内部电阻片没有沿面放电痕迹，可以判断该避雷器并非因产品受潮引起，排除了密封受潮的可能；而且该避雷器是在2017年5月投入运220 kV北沙变压站66 kV系统接线图行，可排除电阻片老化的可能性。通过观察，发现全部电阻片都是由于中心被击穿而炸裂，内部电阻片从中心黑点击穿并向四周呈鸡爪纹路裂开，据此初步判断故障是由短路故障电流流过电阻片造成。

3 保护动作情况分析

2018-03-27T16:30, 66 kV北昆线北沙变电站侧RCS951A保护装置306 ms过流Ⅱ、Ⅲ段动作，故障相别为V、W相，16: 40北昆线强送不成功。保护装置动作波形如图 4所示，故障时刻保护装置的电压电流如表 2所示, 2368 ms重合闲动作, 3064 ms过流Ⅱ、Ⅲ段动作，3080 ms过流加速动作，重合不成功。

根据RCS951A保护装置内部故障录波波形(见图 4)可以看出，在保护启动前W相电压已经为0, 说明W相在故障前就已经存在单相接地，保护装置整定的过流Ⅱ、Ⅲ段定值为2.0 A、0.3 s，重合闸时间2.0 s，由于W相电流超过定值且V相电压接近0，而故障时W相电压是线路故障电流和线路阻抗造成的，故保护动作正确。

查阅北沙变电站2号主变压器故障录波波形(图 5)，可以看出66 kV电压波形与保护装置一致，同时也发现在3月27日T16:21:20 810 ms W相已经接地运行，说明线路跳闸前避雷器已经被击穿。主变压器低压侧V、W相故障电流分别高达1712 A图 4保护装置动作波形和1321 A(—次电流值），说明北沙变电站66 kV母线的另一出线存在L2相接地，由于该站其他线路保护过流定值为9 A, 故L2相接地线路未跳闸，且从站端北昆线保护装置V相故障电压较低，可以判断出L2相接地点离北沙变电站较近。

4 原因分析

由于故障当天多次阵风风力达10级以上，经查阅当天的主变压器故障录波图（见图 5), 有30多次66 kV母线L2相间歇故障接地，其中一次L2相接地的波形如图 6所示，最长间歇接地持续时间达10 956 ms。线路L2相间歇接地期间，由于弧光过电压通过北沙变电站66 kV消弧线圈中性点叠加在另2相上，造成U、W相电压升高超过线电压值，在V相间歇接地期间大部分W相电压超过127.5 V(—次电压84.15 kV有效值), 超过避雷器持续运行电压75kV，且由于轻载长线路末端的北昆线萨如拉侧线路避雷器承受的电压要高于北沙变电站侧母线电压，从而使避雷器频繁动作(动作次数U相71次、W相78次)。

氧化锌避雷器的非线性特性起到泄流和开断的作用，内部的电阻片相当于1块压敏电阻，在正常的丁作电压下（即小于压敏电压)压敏电阻值很大，相当于绝缘状态，但在冲击电压或过电压作用下(大于压敏电压），压敏电阻呈低值被击穿，相当于短路状态，并且氧化锌避雷器电阻片在吸收过电压能量时温度会升高。图 7为避雷器丁频耐受时间特性曲线。从图中得出避雷器在1.2U_e(U_e为额定电压)时耐受时间为0.1 s，1.0U_e时耐受时间为1200 s，由于线路过电压避雷器频繁动作，短时间内在电阻片上吸收能量，并不断累积造成温度升高，超过避雷器热容量，最终造成W相避雷器热崩被击穿。

通过上述分析可知，该起避雷器故障是由于强风天气引起线路风偏或站内电气一次设备持续长时间V相间歇接地，小电流接地点产生多次弧光接地和重燃，不稳定的弧光电压通过消弧线圈中性点叠加在非故障相上，造成非故障相电压高于线电压，致使避雷器多次频繁动作，且由于W相避雷器承受的电压过高或持续时间较长，导致W相避雷器超过热容量耐受极限而被击穿。

5 防范措施及建议

针对避雷器故障原因分析结果，提出以下防范措施及建议。

(1) 66 kV北哈线、北三线、北查Ⅰ线等线路防风偏设计进行重新校核，并落实防风偏措施，使其满足该地区运行环境设防等级。

(2) 建议调整消弧线圈参数或尽快投人查格达变电站消弧线圈，使北沙变电站66 kV系统为过补偿状态，避免发生66 kV系统在欠补偿状态下因线路跳闸而可能造成的母线电压工频谐振问题。

(3) 加强线路巡线，并在故障后及时排查线路或电气设备接地故障点，加强站内变电设备的运行维护管理，严格执行避雷器检测周期及检测项目，有计划开展地网接地电阻测试和避雷器接地引下线导通测试，防范连接导体接触不良造成避雷器动作电流泄放问题。

(4) 加强电气二次设备运行维护管理，定期校对变电站内保护设备、故障录波装置等二次设备的对时准确性，进一步加强保护定值整定的管理和校核，防止保护装置误动和拒动。