电网异常情况下避雷器爆炸原因及防范措施

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电网异常情况下避雷器爆炸原因及防范措施
〔摘　要〕通过一起110kV氧化锌避雷器的爆炸事故，分析了中性点接地系统异常情况下成为不接地系统时，避雷器可能承受不了单相接地故障引起的过电压，而发生损坏或爆炸，提出了事故防范措施。
　　〔关键词〕电网异常避雷器爆炸　避雷器 电网 防范措施　
　1事故概况 　　1999年7月15日株洲地区暴雨、强雷电，110kV系统多条线路故障跳闸。 　　19:23前，110kV电网上存在两个变压器中性点接地，一个是白马垅变1号变压器中性点，另一个是氮肥厂变压器中性点。此后白变528线路发生接地故障，形成接地电流将白变1号变压器中性点引线烧断，再后502线路故障，使氮肥厂502开关跳闸，110kV电网便失去了中性点接地点，形成一个不接地的系统。19:42，白变5×24B相避雷器爆炸，Ⅱ母所有开关跳闸，4.5s后510跳闸。后经高压试验，发现5×24C相避雷器泄漏电流已超标、不合格。
　　根据雷电定位系统提供的数据，528线路分别于19:23(-45.5kA)和19:34(-35.5kA)两次落雷，502线路分别于19:40(-31.1kA)和19:41(-13.6kA)两次落雷。事故后线路故障查找发现528和502线路均有断线现象。 　
　2避雷器爆炸原因
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　　初步分析事故原因，认为雷击线路造成线路接地故障及跳闸，中性点接地电网转变成不接地电网后产生的单相接地过电压造成避雷器的爆炸。 　
　2.1爆炸避雷器自身的品质 　　白马垅变110kV系统异常运行时电网上有3组避雷器和1台110kV中性点避雷器，均于1999年1月进行了预防性试验，各项试验指标均在合格范围内。 　　3组避雷器型号各异，所爆炸的那一台(5×24B相)的性能参数与其它两组有所差别。　　
2.2避雷器承受过电压的能力 　　2.2.1承受雷电过电压的能力 　　从图避雷器雷电波作用下负担情况来看，在相同的雷电波电压下无疑Y10W1-100/248这组负担最严重，而FZ-110的这组负担最轻。由于变电站内110kV的引线较短，FZ-110这组避雷器基本上起不了多大作用，雷电波入侵时，Ⅱ母基本上靠Y10W1-100/248这组MOA(MetalOxideArrester)来泄放雷电波能量。 　　根据GB11032，10kA的MOA可以耐受65kA(现为100kA)的大电流冲击两次。由于当时白马垅变近区并无特大雷(远方落雷都在45.5kA以下)，又考虑到变电站多条线路的分流作用，因此5×24的MOA不会因承受不了雷电冲击而损坏或爆炸。
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　　2.2.2承受工频过电压的能力 　在110kV中性点接地系统因异常而变成中性点不接地系统时，若再发生单相接地现象，则过电压的类型会因接地状况的不同而不同，若接地是金属性的，接地点电流不断流，非故障相工频电压会升高；若接地点是间歇性电流熄弧、重燃，电网上会产生间歇性弧光接地过电压。
　　根据GB11032，MOA应具有一定的工频过电压耐受能力，对于中性点有效接地系统的MOA，10s耐受电压就不低于MOA的额定电压。 　
　实际上根据厂家提供的资料，5×24的MOA其工频耐压能力比国标更高：1.3UR下为0.1s，1.2UR下为30s，1.0UR下为1200s。 　　
从白马垅变510复闭方向过流保护动作跳闸(5s)来推断5×24承受工频过电压的时间应为0.5s，由此推得此次工频过电压应大于1.2UR，即120kV；从单相接地故障引起非故障相电压升高的理论计算，若线路长在200km以内，则电压升高约为1.1倍线电压，即为121kV，若线路更长，则电压升高更严重，由于5×24的MOA爆炸前白变运行线路多，线路总长大于200km，因此非故障相电压升高要大于121kV。 　
　同时由于5×14的MOA在0.5s内没有损坏，则可推算过电压应小于1.3UR，即130kV。当5×24爆炸引起Ⅱ母线路全部跳开后，在Ⅰ母上的工频电压升高会有所减小，由于5×14的MOA在5s内没有损坏则可推算出最后4.5s内Ⅰ母上工频电压升高应小于1.2UR，即120kV。 信息来源:http://www.shengshifanglei.com　
　综上分析，5×24的MOA承受了121～130kV的工频过电压0.5s，而5×14的MOA承受了121～130kV的工频过电压0.5s后又承受了低于120kV的工频过电压4.5s。根据厂家资料，Y10W1-100/248型的MOA与Y10W1-100/260型的相比较，前者使用的阀片数量要比后者的少1片至2片，显然前者的工频过电压耐受能力(以及操作过电压、雷电过电压耐受能力)要比后者的差一些。当工频过电压处于前者的临界耐受范围时会导致损坏和爆炸，而后者则承受住了此次工频过电压。至于FZ-110与FZ-60避雷器因当时根本就没有动作，就不会因工频电压超出其灭弧电压而损坏。
　　如果5×24的MOA使用的是Y10W1-100/260型的，则5×14与5×24的MOA将承受120～130kV的工频过电压最多5s(若不发生爆炸情况)。显然，是否都不爆炸是难以预测的：有可能不发生事故损坏，也有可能因耐受能力相同而发生几台MOA同时损坏或爆炸(曾发生过此类事故)。发生何种可能性一方面取决于电网产生的工频过电压倍数，另一方面取决于继电保护动作时间。如果过电压倍数不高，继电保护动作时间又短，则MOA可能承受住此电压而不发生损坏或爆炸，如果过电压倍数高或者继电保护动作时间长，则MOA会产生损坏或爆炸。
　　2.2.3承受操作过电压的能力 信息来自:输配电设备网 　　若产生间歇性弧光接地过电压，最大值可达3.5Uxg，即319kV、360kV(峰值)，一般弧光接地过电压不超过3.1Uxg，即319kV(峰值)。根据国标110kVMOA线路放电等级为1级，试验充电电压为3.2UR，即320kV，虽然一般弧光接地过电压低于试验充电电压，但是间歇性弧光过电压是基于工频过电压和熄弧后形成的直流电压分量之上的，并且每个工频周期重复一次，0.5s内可以重复25次之多，此情况对MOA的考验非常严重，既然MOA在工频过电压下都不能承受，在这种情形下将更不能承受。 　
　2.2.4承受多种过电压同时作用的能力 　　电网异常后，不接地系统发生单相接地，MOA同时承受多种过电压作用的情况可能为：一是非故障相的工频过电压同时又有雷电波；二是非故障相的间歇性弧光过电压(基于工频过电压之上的)同时又有雷电波。显然，以上两种情况对MOA的考验非常严重，要比单独工频耐压或动作负载试验更厉害，MOA将难以承受。
3防范措施 　
　当中性点接地系统异常情况下转变成中性点不接地系统时，MOA可能会承受不了单相接地引起的过电压而损坏或爆炸，为了尽量使MOA在这种异常系统中不致于损坏，可采取以下措施： 　
　3.1选用工频过电压耐受能力强的MOA，此时应注意不能以牺牲MOA别的指标为代价。 　　3.2缩短电网异常后继电保护动作时间，使MOA尽快脱离电源。 　
　3.3可在110kV变压器中性点加装间隙，当接地故障形成局部不接地系统，发生单相接地时该间隙动作，形成的单相故障接地电流将故障线路从系统中切除，从而消除单相接地过电压。 　　
参考文献 　　1解广润，电力系统过电压，北京：水利电力出版社，1985年 　　2　DL/T620-1997，交流电气装置的过电压保护和绝缘配合，北京：中国电力出版社 　　3　GB11032-89，交流无间隙金属氧化物避雷器