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电力：金属氧化物避雷器爆炸原因

一、爆炸事故特点

由于金属氧化物避雷器具有保护比小、通流容量大、稳定性好等优点，从而取代传统碳化硅避雷器已是大势所趋，目前在我国高压、超高压领域，金属氧化物避雷器已处于垄断地位。然而，在运行中，金属氧化物避雷器的爆炸事故时有发生，例如，某供电1986年安装了国产FYS一10型无间隙金属氧化物避雷器33只，投运不到一年就爆炸了8～9只，大部分是在雷雨天气损坏，个别也有正常运行情况下损坏的。再如某变电所采用ABB公司的MWPO12型无间隙金属氧化物避雷器，持续运行电压12kV，1988年3月I段母线B相避雷器击穿，当时天气晴朗，系统无操作；1989年8月，雷雨时，I段母线C相避雷器爆炸；1990年6月，在倒闭操作时，I段母线避雷器爆炸，三相避雷器均损坏。又如，某变电所， 1987年5月10kV I段F3线路A相接地， 10min后， 51TV柜A相ABB公司生产的无间隙金属氧化物避雷器爆炸，持续运行电压11kV；1989年11月I段F1电缆接地，51TV柜3只避雷器爆炸等。山东省的统计表明，避雷器爆炸事故每年都有发生，尤以金属氧化物避雷器的事故率高，严重影响系统供电。上海仅在1991年2月就连续发生3次事故。1987年11月至1988年4月，原机械电子工业部和水利电力部组织联合调查组对110kV及以上电压等级的2549台金属氧化物避雷器进行调查，共有16相（其中国产12相，进口原装4相）发生事故。综合金属氧化物避雷器的爆炸事故，其特点是：

（l）既有大型骨干厂生产的，也有小厂生产的。

（2）既有国产的，也有进口的。

（3）既有发生在雷雨天，也有发生在晴天的。

（4）既有发生在操作时，也有发生在元操作时的。

（5）既有在中性点非直接接地系统，也有发生在中性点直接接地系统的。

二、爆炸原因分析

两部调查结果的分析表明，事故原因69％为制造质量问题，25％为运行不当，6％为选型不当而造成的。而内部受潮直接影响产品质量，是引起金属氧化物避雷器爆炸事故的主要原因。

（一）受潮

金属氧化物避雷器受潮有两个途径：

（1）密封不良或漏气，使潮气或水分侵入。西安电瓷厂对1991年5月前产品运行中损坏的9相金属氧化物避雷器的事故分析统计，其中78％是因密封不良侵人潮气引起的（另外22％则是因装配前干燥不彻底导致阀片受潮）。密封不良的主要原因有：

l）金属氧化物避雷器的密封胶圈永久性压缩变形的指标达不到设计要求，装入金属氧化物避雷器后，易造成密封失效，使潮气或水分侵入。例如，某大厂生产的一只金属氧化物避雷器运行二年多损坏，经检查系该避雷器密封橡皮不良所致。

2）金属氧化物避雷器的两端盖板加工粗糙、有毛刺，将防爆板刺破导致潮气或水分侵入。有的金属氧化物避雷器的端盖板采用铸铁件，但铸造质量极差，砂眼多，加工时密封惜因此而出现缺口，使密封胶圈装上后不起作用。潮气或水分由缺口侵入。

3）组装时漏装密封胶圈或将干燥剂袋压在密封圈上，或是密封胶圈位移，或是没有将充氮气的孔封死等。例如，某Y5W-100／260型金属氧化物避雷器，于1990年1月投入运行，在投运4个月内阻性电流增长过快，数值也较大，被迫退出运行，经解体检查发现，其下端橡皮密封垫留在装配时挪位、造成密封不严，致使潮气逐渐侵入。

4）装氮气的钢瓶未经干燥处理，就灌入干燥的氮气，致使氮气受潮，在充氮时将潮气带人避雷器中。

5）瓷套质量低劣，在运输过程中受损，出现不易观察的贯穿性裂纹，致使潮气侵入。

（2）总装车间环境不良，或是经长途运输后，未经干燥处理而附着有潮气的阀片和绝缘件装人瓷套内，使潮气被封在瓷套内。上述密封不好会使绝缘拉杆等受潮，是后天的原因，但密封好的金属氧化物避雷器，也会因绝缘拉杆等受潮发生爆炸，这就有先天的原因，即总装车间环境不良等造成的。例如，某变电所两组Y10W5一300／693型金属氧化物避雷器受潮的原因就是装配条件不合格造成的。再如，某厂将多台运行不足三个月的金属氧化物避雷器在现场进行带电检测，测得其泄漏电流严重增大，返回厂家检查发现其内部受潮，将阀片、绝缘杆件等进行烘干处理后，阀片的参数及绝缘件性能又恢复如初。

研究认为，目前规定的总装车间的环境温度不高于24℃、相对湿度不大于60％是不合适的，应改为温度t≤13℃、空气相对湿度B≤30％、空气的绝对湿度ρ≤449．16Pa，露点低于－2℃，这样总装后的金属氧化物避雷器内部不易出现露点，即使出现露点，因为其中空气的绝对湿度很低，拆出的水分也不足以造成绝缘杆件严重受潮，从而可能保证金属氧化物避雷器长期正常运行。

上述两种途径受潮所产生的结果是相同的。从事故后避雷器残骸可以看出，阀片没有通流痕迹，阀片两端喷铝面没有发现大电流通过后的放电斑痕。而在瓷套内壁或间片侧面却有明显的闪络痕迹，在金属附件上有锈班或锌白，这就是金属氧化物避雷器受潮的证明。

（二）额定电压和持续运行电压取值偏低

在电力部安全监察及生产协调司于1993年12月30日颁发的《安全情况通报》中指出，“近年来在3～66kV中性点不接地或经消弧线图接地系统中的金属氧化物避雷器，在单相接地或谐振过电压下动作损坏较多。分析认为造成金属氧化物避雷器动作时损坏的主要原因是对其额定电压和持续运行电压的取值偏低。”

金属氧化物避雷器的额定电压是表明其运行特性的一个重要参数，也是一种耐受工频电压的能力指标。在《交流无间隙金属氧化物避雷器》（GB11032-89）中对它的定义为“施加到避雷器端子间最大允许的工频电压有效值”。众所周知，金属氧化物避雷器的阀片耐受工频电压的能力是与作用电压的持续时间密切相关的。在定义中未给出作用电压的持续时间，所以不够严密，并且取值也偏低。表3－5和表3－6列出了GB11032-89和GBJ64一83修订送审稿对无间隙金属氧化物避雷器额定电压UR的规定值。可见“送审稿”的规定值有所提高更符合实际运行情况。

表3－5 GB11032-89对3～63kV金属氧化物避雷器持续运行电压UC和颔定电压UR的要求值（略）
表3－6 GBJ64-83修订送审稿对3～66kV金属氧化物避雷器持续运行电压UC和颔定电压UR的取值（略）

2．Um为系统最大运行线电压，Um＝（1．05～1．l）XUN

持续运行电压也是金属氧化物避雷器的重要特性参数，该参数的选择对金属氧化物避雷器的运行可靠性有很大的影响。GB11032-89对持续运行电压的定义为“在运行中允许持久地施加在避雷器端子上的工频电压有效值”。它应覆盖电力系统运行中可能持续地施加在金属氧化物避雷器上的工频电压最高值。但是，在GBll032-89中，把持续运行电压等同于系统最高运行相电压，显然是偏低的。

应指出，持续运行电压和额定电压满足表3－6要求的35～66kV的金属氧化物避雷器是可以安全运行的。但对3～10kV的金属氧化物避雷器而言，当电网中发生断线或配电变压器故障而引起谐振时，其幅值可达3．36～3．4倍相电压，仍可能导致3～10kV金属氧化物避雷器损坏。

（三）结构设计不合理

结构设计不合理主要有：

（l）有些避雷器厂家片面追求体积小、重量轻，造成瓷套的干问、湿闪电压太低。

（2）固定阀片的支架绝缘性能不良，有的甚至用青壳纸卷阀片，复合绝缘的耐压强度难以满足要求。

（3）阀片方波通流容量较小，使用在某些场合不配合。

（四）参数选择不当

例如，某变电所为35kV中性点经消弧线圈接地系统，就是按GBll03289也应选用额定电压为42kV的金属氧化物避雷器，但实际上采用的是瑞典ASEA生产的XBE36A3型，其额定电压为3－6kV，当系统发生单相接地时，另外两相电压升高，导致金属氧化物避雷器一相爆炸，一相损坏。

（五）电网工作电压波动

配电网的工作电压波动范围很宽，据美国电力研究所对50个配电站统计，平均高州，有一个高17％，对金属氧化物避雷器，如要求在稳定状态下吸收大量能量，就可能造成热崩溃。有专家认为，采用无间隙金属氧化物避雷器时，必须对系统了解，必须十分谨慎，否则，由于稳态电压过高，损坏的不是一只避雷器，而会同时损坏许多个避雷器。

（六）操作不当

运行部门操作不当也是造成金属氧化物避雷器损坏或爆炸的一个原因。操作人员误操作，将中性点接地系统变为局部不接地系统，致使施加到某台金属氧化物避雷器两端的电压大大超过其持续运行电压。例某地区有两个变电所发生的两起事故就属于操作不当引起的。当时在变压器与系统分开、中性点不接地的情况下，没有合中性点接地刀闸就进行系统操作，导致金属氧化物避雷器损坏。

（七）老化问题

运行统计表明，国产金属氧化物避雷器由于老化引起的损坏极少，而进口金属氧化物避雷器，爆炸的主要原因是阀片的质量差。其质量差主要是老化特性不好，有本公司的产品存在问题；其次是问片的均一性差，使电位分布不均匀，运行一段时间后，部分阀片首先劣化，造成避雷器参考电压下降，阻性电流和功率损耗增加，由于电网电压不变，则金属氧化物避雷器内其余正常的阀片因荷电率（荷电率为金属氧化物避雷器最大运行相电压的峰值与其直流参考电压或工频参考电压峰值之比）增高，负担加重，导致老化速度加快，并形成恶性循环，最终导致该金属氧化物避雷器发生热崩溃。例如某供电局进口的18台110、220kV金属氧化物避雷器，投运5年，于1990年8月连续发生4起避雷器事故，损坏5相，而未损坏的13台在运行电压下泄漏电流平均增大92％，阀片严重老化。再如瑞典500kV全局氧化物避雷器在锦州查家变电所投运两年后，发现上节单元电位分布过高，阀片已老化，退出运行。

三、防止损坏事故的措施

（1）提高产品质量、高度重视金属氧化物避雷器的结构设计、密封、总装环境等决定质量的因素。

（2）正确选择金属氧化物避雷器，这是保证其可靠运行的重要因素。对金属氧化物避雷器的选择和应用曾有不少争议，现虽有了国标GB11032-89，但有的问题并没有完全统一和解决。为保证运行在中性点不接地系统中的金属氧化物避雷器不击穿、不爆炸，在国标GB11032-89中采用了提高工频电压耐受时间和直流1mA电压的方法，但其他参数如UR、Uc还有待于提高，使用条件还有待于完善。

目前，武汉高压研究所新技术公司生产的3～10kV HY5W型合成绝缘金属氧化物避雷器逐渐在配电系统推广使用。。它由硅橡胶伞套、高梯度氧化锌阀片组成的无间隙芯体和树脂灌封层构成。其主要优点是：
①密封可靠、芯体老化寿命长，预防性试验周期可延长到5年以上。
②保护性能好，动作负载能力高，暂时工频过电压耐受能力可靠。它的额定电压实际值接近√3 Um，工频过电压耐受时间要比国标GB11032一89高l～3个数量级，可承受65kA的雷电流并可耐受多重雷击。
③具有防爆性等。其主要电气性能如表3－7所示。（略）

注 1．新修改的《3～220kV交流电力工程过电压保护设计规范》规定避雷器的额定电压等于或大于1．3Urn，HY5W实际接近√3 Um，因GB11032-89规定为1.IUm，故型号中的额定电压仍按国标参数标明。

2．直流参考电压比GB11032一89规定高 6%。

运行经验表明：这种金属氧化物避雷器在中性点小电流接地电网中，试点和推广是成功的。

合成绝缘金属氧化物避雷器型号说明如下：

（3）加强监测，及时检出金属氧化物避雷器的缺陷。加强监测是保证金属氧化物避雷器安全、可靠运行的重要措施之一。根据规程规定，新投入运行的110kV及以上者，投3个月后测量1次运行电压下的交流泄漏电流，以后每半年1次；运行1年后，每年雷雨季节前1次。

目前生产的测量全泄漏电流的测试仪有两种：

1）JSH型避雷器漏电流及动作记录器。该产品集毫安电流表和计数器为一体，能实现避雷器在线监测。它有两种型号：①JSH1A型。与（330～500）kV电网的金属氧化物避雷器配套。②JSHB型。与220kV及以下电网的金属氧化物避雷器、FCZ型磁吹避雷器及FZ型普通阀式避雷器配套。

2） JC1一MOA在线监测仪。主要用来在运行中显示金属氧化物避雷器的泄漏全电流及记录MOA动作次数。主要型号有：①JC1一10/600。它与（35～220）kV的MOA配套；②JC1一20/1500。它与（330～500）kV的MOA配套。

（4）装设脱离器。为防止金属氧化物避雷器爆炸时引起事故扩大，建议在每只避雷器的下部安装脱离器，以使避雷器遭受异常电压作用时，能及时脱离运行电网。

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