避雷器试验方法及现场应用

避雷器试验方法及现场应用

谢建华

广州粤能电力科技开发有限公司 广东广州510000

摘要：避雷器是一种用于保护电气设备免受雷击和电压浪涌损害的设备。它用于吸收或分散可能因雷击或电压浪涌而引起的过度电压以及用于电力系统、通信网络、建筑物保护等领域，以减少雷电和其他来源的电压波动造成的损害。当电压突然升高达到避雷器的保护水平时，避雷器会变为导电状态，将过量的电流导入地面，从而保护电路中的其它设备。同时避雷器是电气安全的关键组成部分，特别是在频繁发生雷电的地区。

关键词：

避雷器 试验方法 现场应用 分析案例 性能评估

一、研究背景

避雷器是保护电气系统免受雷电和电压浪涌损害的关键组件。它的主要功能是在过电压的情况下提供一条通往地面的低阻抗路径，从而保护连接在电气系统上的设备。避雷器的有效性直接影响到电气系统的安全性和可靠性。不当的保护或避雷器故障可能导致设备损坏、数据丢失、服务中断甚至严重的安全事故，如电气火灾。因此，对避雷器的试验方法和现场应用进行细致的研究，不仅能够提高电气系统的整体安全性，还能为电气工程领域提供宝贵的技术洞见，从而推动行业的发展和创新。

二、研究目的

本研究旨在通过精确的试验方法和深入的现场应用分析，显著提高避雷器的测试准确性和现场应用的有效性。通过使用先进的测试设备和数据分析方法，提高测试数据的准确性和可靠性，确保试验结果能够有效反映避雷器在实际应用中的性能。这涉及考虑不同的安装位置、环境因素以及长期运行对避雷器性能的影响。基于研究发现，精确和实用的避雷器测试和应用标准，为行业实践提供指导以及是提升避雷器在保护电气系统安全方面的整体性能和效率。

三、现场应用

根据电气系统的特点（如电压等级、系统布局）选择合适类型的避雷器，如金属氧化物避雷器（MOA）、硅胶避雷器等。确保避雷器的性能参数（如额定电压、电流承受能力）符合系统要求。通常在电气系统的入口处、变压器附近或敏感设备附近安装避雷器。确保避雷器正确接地，并按照制造商的指导手册进行安装，以保证最佳性能。考虑现场的环境因素，如温度、湿度、污染等，这些都可能影响避雷器的性能。在极端气候区域（如高温或寒冷地区），选用能够适应这些条件的避雷器。定期检查避雷器的物理状况，包括查看有无损坏、腐蚀或接线松动等问题。定期进行性能测试，如泄漏电流测试，以确保避雷器仍然有效。

四、试验方法

首先确保避雷器能够承受超过其额定电压的高电压而不损坏。其一将避雷器暴露在高于其标称电压的电压下一定时间，检查其是否有击穿或损坏的迹象。

其二评估避雷器在正常工作电压下的绝缘性能。在规定电压下测量通过避雷器的泄漏电流，电流值过高可能表明绝缘性能下降。其三确定避雷器从非导电状态转变为导电状态的速度，应用快速升压并测量避雷器开始导电的时间。其四在避雷器上施加持续的电流负载，并监测其温升和功能稳定性。最后在模拟的环境条件下（如高温、高湿、盐雾等），长时间暴露避雷器，并检查其性能退化。

动力稳定性试验，首先需要评估避雷器在经历大电流冲击后的稳定性。然后施加大电流（通常是雷电冲击电流的模拟），然后检查避雷器是否保持正常工作。

其次进行多次冲击测试，检查避雷器在多次冲击后的性能。其次对避雷器施加多次高电流冲击，模拟雷电频繁击中的情况，然后评估其性能。这些试验方法有助于确保避雷器能在各种条件下可靠地工作，特别是在关键的电气安全应用中。通过这些严格的测试，可以评估和验证避雷器的设计、制造质量以及长期可靠性。

五、避雷器故障分析案例：

1、设备运维情况：

220kV某站#2主变变高避雷器采用的预试方法是在避雷器运行状态下对交流泄漏电流进行带电测试。表2是从2010年至2016年的预试数据：

表2 避雷器带电测试数据

由上表可以看到，3相避雷器的阻性电流逐年变化不大，试验结果合格。通过导出的作业指导书，也未发现3相避雷器有任何异常。

2、避雷器解体情况：

2017年3月13日，避雷器厂家有关人员在变电站内对220kV某站#2主变变高3相避雷器进行试验及解体分析，具体情况如下：试品为3支220kV瓷外套避雷器，每支由上下2节组成。3支中有1支为发生爆炸避雷器（220kV #2主变变高C相避雷器），2支为另两相完好避雷器（220kV #2主变变高A、B相避雷器），但是有1支避雷器在运输途中损坏（220kV #2主变变高B相避雷器），从下节顶部瓷套与法兰交界位置瓷套断裂，内部电阻片柱完好。

对故障避雷器外观进行检查，发现上节避雷器顶部瓷外套有烧灼痕迹，避雷器顶部及中间压力释放阀已损坏，避雷器顶盖一颗固定螺丝掉落地面，顶盖冲开一个口子，可见内部已被熏黑，避雷器本体与计数器连线烧断。检查完好避雷器，瓷外套完好，底座完好，未见异常。

图1现场故障避雷器高压端    图2现场故障避雷器

对故障避雷器从高压端进行解体，拆出防爆膜进行检查，如图3所示，发现防爆膜中间破裂，导电板中间破裂，导电板剩余部分平整光滑，密封胶圈无变形，有较好的弹性。对避雷器阀片及避雷器内部进行检查，发现都已熏黑，未发现其他异常情况。为进行对照，将1支完好避雷器同时进行解体，拆除防爆膜时，有明显“嘭”的响声。从厂家技术人员处得知，该型避雷器内部充入了微正压的SF6气体。在对避雷器解体时，微正压的SF6气体溢出，发出了“嘭”的响声，证明避雷器内部密封良好。对压力释放阀结构进行仔细检查，其工作原理及密封状况如图4所示。

图3故障避雷器高压端压力释放阀     图4完好避雷器压力释放阀

后对故障避雷器两节中间压力释放阀进行解体，解体过程中发现金属导电板表面不平整，有明显折痕，由于导电板是紧压在密封胶圈上的，因此也造成了密封胶圈上出现凹痕。

图5 故障避雷器中间压力释放阀

    图6导电板及防爆膜         图7 密封胶圈

综合以上解体分析推断，引起220kV某站#2主变变高C相避雷器爆炸事故的原因是：避雷器中间位置处压力释放阀内导电板不平整，造成该处密封胶圈变形，存在密封不良的隐患。从历年电气试验结果看，该隐患不影响正常运行条件下避雷器的密封性能，但在进行带电水冲洗过程中，由于水冲洗角度及水的冲击力等不利因素，在该隐患处形成极端的外部条件，导致少量水突破密封隐患处，渗入避雷器内部，造成避雷器在运行电压下的有功损耗增大，引起避雷器发热，进入恶性循环，最终导致避雷器内部热平衡破坏，压力释放阀动作。

对另一支完好避雷器的上下节分别进行直流1mA参考电压试验及泄漏电流试验，其直流参考电压及泄漏电流都在正常范围内，未出现超标情况。证明该避雷器状态良好，未出现性能劣化情况。

表3 避雷器直流参考电压及泄漏电流数据

六、结论：

研究表明，针对不同环境条件优化的避雷器设计可以显著提高其在特定应用场景下的有效性。定期的维护和故障诊断对于保持避雷器的最佳性能是必要的。这包括定期的性能测试和对损坏或退化组件的更换。通过改进的避雷器测试和应用，我们能更有效地保护电气系统免受雷电和电压浪涌的损害，从而减少设备故障和系统停机。些研究成果不仅提升了避雷器技术，还为电气安全领域提供了新的研究方向和发展机遇。

七、参考文献：

技术标准和指南：GB/T11032-2020交流无间隙金属氧化物避雷器