电厂配电装置避雷器接地故障检测分析及构建解析

窦国翠

【摘 要】2009年3月7日，新东北电气公司使用JH3000-2型SF6电气设备分解产物检测仪对同批次的8台500kV罐式避雷器进行检测，发现有7台的SO2、H2S含量都很高，CO少量，仪器专家系统诊断认为该气室严重放电性故障，但未涉及固体绝缘材料的分解，应尽快停电检查；一台SO2：8.2μl/L，H2S：2.5μl/L，CO也少量，仪器专家系统诊断认为该气室存在局部放电，建议半年内复检，以策安全。目前电力行业对避雷器的常规检测项目主要有阻性电流、容性电流和全电流电流。在发现避雷器异常后，进行常规项目和超声波局部放电测试，结果均正常。在当晚的分析会上，就这批避雷器质量有没有问题和要不要停电解体检查？展开了深入的讨论。检修人员根据分解产物的含量和特征组分情况，经过综合诊断认为该设备内部存在严重的悬浮电位放电，同批次的产品存在共性，应尽快停电检查。其余避雷器运回生产厂家进行解体检查，故障情况与B相相似。经分析，这批避雷器的故障原因是由于在装配避雷器芯体时，电阻片穿芯杆的金具没有压紧，在运行中不断振动使金具、碟簧和垫片之间松动，产生悬浮电位放电放电，使SF6气体分解产生SO2、H2S的同时，且与金具、碟簧和垫片等金属反应产生了大量灰白色的金属氟化物粉末；由于这些金属氟化物为极性物质，在电场作用下不断运动，当粉末漂浮到带电部件与罐体内腔之间达到放电条件时，将引起对壳放电。通过这次避雷器故障的检测，再次表明应用分解产物含量测试能有效地诊断SF6电气设备内部故障。

【关键词】避雷针；独立避雷针；构架避雷针；变电所

1.独立避雷针

为确保变电站中最重要而绝缘较弱的主变压器的绝缘免受反击的威胁，要求在装设避雷针的构架附近埋设辅助集中接地装置，且避雷针与主接地网的地下连接点到变压器接地线到主接地网的地下连接点，沿接地体的距离不得小于15米；由于变压器的绝缘较弱又是变电所中最重要的设备。在变压器的门型构架上，不允许装避雷针。

避雷针在高度h处的电位ua为

接地装置上的电位ue为

式中Ri——避雷针的冲击接地电阻，Ω；

L0——避雷针单位高度的等值电感，μH/m；

h——避雷针校验点的高度，m；

i——流过避雷针的雷电流，kA；

取空气间隙击穿场强为Ea（kV/m），避雷针与被保护设备或其构架间的空中距离应为：

取土壤的平均击穿场强为Ee（kV/m），避雷针接地装置与被保护设备接地装置之间的地中距离应为：

我国标准推荐用下面两个公式校核独立避雷针与被保护设备之间的空气距离Sa和地中距离Se

Sa≥0.2Ri+0.1h

Se≥0.3Ri

Sa不宜小于5m，Se 不宜小于3m。

在一般土壤中避雷针（线）的工频接地电阻不宜大于10Ω。对110kV及以上的配电装置，由于电气设备的绝缘水平较高，可将避雷针装设在配电装置的架构或房顶上，但在土壤电阻率较大的地区（ρ>1000Ω·m），宜装设独立避雷针。

2.构架避雷针

66kV的配电装置，允许将避雷针装设在配电装置的架构或房顶上，但在土壤电阻率ρ>500Ω·m的地区，宜装设独立避雷针。35kV及以下高压配电装置架构或房顶上不宜装设避雷针。

架构避雷针的接地是利用发电厂、变电站的主接地网，但应在其附近装设辅助集中接地装置，并且架构避雷针与主接地网的地下连接点至变压器的接地线与主接地网的地下连接点之间，沿接地体的长度不得小于15m。

关于线路终端杆塔上的避雷线能否与变电站架构相连，也按是否发生反击的原则处理。当线路电压等级在110kV及以上时，允许将避雷线引至出线的门型架构上，当土壤电阻率大于1000Ω·m时，应装设集中接地装置。

当土壤电阻率ρ<500Ω·m时，35kV～60kV线路的避雷线允许连接到出线门型架构上，但应设集中接地装置。在ρ>500Ω·m的地区，避雷线应终止于线路终端杆塔，从线路终端杆塔到配电装置架构之间的一档线路由独立避雷针保护，也可在线路终端杆塔上装设避雷针。

为了不发生反击事故，避雷线与被保护设备之间的空气距离Sa及避雷线的接地装置与被保护设备接地装置之间的地中距离Se应足够大，且避雷线绝缘端的绝缘子串应有足够的绝缘强度，以防止反击事故的发生。

当避雷线一端绝缘时，雷击绝缘子串附近的避雷线开路端c点的过电压最高。该点的过电压uc可按下式计算：

式中 L0——避雷线与接地架构单位长度的平均电感，μH/m；

△l——避雷线上校验的雷击点与接地支柱的距离，m；

h——避雷线支柱的高度，m。

一般情况下，避雷针、避雷线的Sa不宜小于5m，Se不宜小于3m。避雷线一端绝缘时绝缘子串的片数，按雷击绝缘子串附近避雷线不致使绝缘子串闪络的条件选择。

关于线路终端杆塔上的避雷线能否与变电站架构相连，按是否发生反击的原则处理。当线路电压等级在110kV及以上时，允许引至出线的门型架构上，土壤电阻率大于1000Ω·m时，应装设集中接地装置。土壤电阻率ρ<500Ω·m时，35kV～60kV线路的避雷线允许连接到出线门型架构上，但应设集中接地装置。当ρ>500Ω·m时，避雷线应终止于线路终端杆塔，从线路终端杆塔到屋外配电装置架构之间的一档线路由避雷针保护。

3.变电所进线段的保护作用

（1）为使变电所内避雷器能可靠地保护电气设备，必须限制流经避雷器的电流幅值不超过5kA（330kV-500kV为10kA）、限制侵入波陡度α不超过一定的允许值。

（2）35-110kV无避雷线线路，雷击变电所附近导线时，两者都有可能超过。

（3）进线段保护是指在临近变电所1-2km的一段线路上加强防雷保护措施，从而使避雷器雷电流的幅值和陡度都降低到合理范围内。 [科]