变电站避雷针隐患分析及治理措施

胡加瑞，周挺，刘纯，李文波，龙毅，陈红冬(.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙40007；.国网湖南省电力公司，湖南长沙40004)

变电站避雷针隐患分析及治理措施

胡加瑞1，周挺2，刘纯1，李文波1，龙毅1，陈红冬1
(1.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007；2.国网湖南省电力公司，湖南长沙410004)

通过对湖南电网110 kV及上电压等级变电站的3 687根避雷针查排查工作，分析并归纳了其隐患产生的原因，即结构不合理、锈蚀严重，并提出相应的解决措施。

避雷针；隐患；结构；锈蚀

2015年以来，国网甘肃、新疆等电力公司相继发生变电站避雷针掉落事件，对电网安全运行造成了较大影响，同时湖南电网也发现某220 kV变独立及构架避雷针严重倾斜、某110 kV构架避雷针断裂等严重缺陷〔1－5〕。

2015年6—8月，为避免类似事件的再次发生，湖南电网制定了避雷针防掉落排查方案及措施，对省内110 kV及上电压等级变电站的共3 687根避雷针进行了排查。结果表明，共797根避雷针倾斜超标，1 615根避雷针存在锈蚀问题，存在跌落风险的避雷针为68根。

本文结合排查结果，对避雷针的服役状况及隐患问题进行了深入统计分析，并提出了科学的评价、治理措施，可以对避雷针设计、运行及监督提供参考。

1 避雷针失效原因分析

2015年来，湖南电网也发生多起避雷针跌落、倾斜、严重锈蚀缺陷，经过试验分析及现场调研，导致湖南电网110 kV及上电压等级变电站避雷针产生倾斜及掉落的原因有如下。

1.1 结构不合理

1)插接式避雷针筒节间配合间隙过大

目前变电站避雷针主要结构形式为插接式，占比约为95.2%。插接式避雷针对上下节的配合间隙精度要求较高，否则易出现倾斜超标的问题。其上下节采用过渡筒进行连接，而过渡筒由于是锥形结构，精度较差，配合间隙通常大于2mm，若配合间隙大于3.5mm，则间隙过大，仅能通过安装时节与节之间采用金属垫片、橡胶等填充物对间隙进行填充来控制倾斜度。

长期运行后，金属垫片以及橡胶腐蚀会在大气环境中产生腐蚀、减薄、老化或脱落，如图1所示，致使避雷针上下节间隙越来越大，这是导致插接式避雷针产生倾斜的最主要原因。

图1 避雷针筒节间配合间隙大

2)实际结构与设计要求不相符

避雷针通常设计为插接式或法兰式，但由于以往缺乏相应监督，甚至存在避雷针的连接方式不符合设计要求或与图纸不相符的问题。如某110 kV变电站2号独立避雷针设计为法兰式，但实际上下节仅通过外部扁钢焊接进行连接，焊接部位工艺较差且防腐不到位，运行中出现跌落，严重影响了设备的安全运行。

3)紧固螺栓安装不规范

避雷针法兰紧固螺栓和法兰盘螺孔直径公差配合过大，筒节间紧固螺栓开孔过大，螺栓紧固力矩值不到位，无外部防松螺帽，螺栓无弹簧垫片。

4)基础安装不规范

安装时采用填充金属薄片调整水平度，长年运行后金属薄片腐蚀减薄形成空隙，影响避雷针的垂直度。

1.2 严重锈蚀

1)避雷针基础锈蚀

目前湖南变电站独立避雷针基础由于高度较高，防腐难度较大，通常检修中未进行单独防腐或处理。如某220 kV变电站内4根独立避雷针基础防腐材料(主要是玻璃纤维布和腻子粉)均老化严重，内部顶头铁(帽)泛红锈，锈迹流至下部水泥杆上，造成了根部倾斜、基础板锈穿等问题，如图2所示。

图2 避雷针基础锈蚀

2)插接式避雷针筒节间锈蚀

插接式避雷针因设计原因，上下节配合间隙较大，间隙过大会引起底部积水问题，同时插接位置由于无法直接观察，即使锈蚀减薄严重也无法及时发现，如某110 kV变电站变构架避雷针构在运行中断裂，架断裂位置即位于上下节插接处，锈蚀减薄已达50%以上，如图3(a)所示。

为避免插接式避雷针筒节间隙过大等问题，部分施工过程中对筒节间隙进行了焊接，但现场焊接易造成焊缝内侧锌层失效以及挥发，在高温高湿的环境下焊缝内侧发生腐蚀、减薄，使针体断裂。如某110 kV变3号避雷针断裂位置即位于筒节间现场施焊处，沿焊缝内侧形成了环状腐蚀，部分位置已由4mm减薄至0.5mm，如图3(b)所示。因此，避雷针组装中应严禁现场施焊。

图3 某110 kV 3号避雷针、构架避雷针

2 避雷针评价

通过上述分析可知，目前湖南电网避雷针失效由结构不合理及锈蚀导致，处于运行阶段的避雷针亟需进行状态评价并结合评价结果进行治理。

在综合避雷针排查大量数据及相关缺陷的基础上，对避雷针的倾斜、锈蚀进行了大数据统计分析，提出在运避雷针缺陷等级评价措施，可更加直观、科学对其运行状态进行评价。

针体的倾斜度评价指标:0～35mm，35～100mm，100～300mm，100～300 mm，≥300mm共4个级别，对应的评价状态分别为正常、注意、异常、严重。

针体锈蚀评价指标:

1)正常状态—针体表面镀锌层完好，呈正常的青灰色或青白色，螺栓、底座、基础板、基础无明显锈蚀；

2)注意状态—针体表面锈蚀达到20%及以上，或螺栓、基础板、基础局部锈蚀；异常状态—针体表面锈蚀达到50%及以上，或螺栓、底座、基础板、基础整体锈蚀；严重状态—针体表面锈蚀达到80%及以上，或螺栓锈蚀无清晰螺纹，或底座、基础板锈蚀缺角、分层、明显减薄，基础表面产生浮锈。

3 缺陷避雷针治理措施

3.1 针体防腐及校正

锈蚀等级为异常及以下状态可进行针体或螺栓防腐处理，锈蚀等级达到严重状态的应更换。倾斜大于35mm的避雷针，应根据造成其倾斜的不同原因，采取针对性措施:①筒节间隙过大，采用镀锌钢垫片调整；②紧固螺栓松动，重新紧固，若螺栓螺纹失效应将螺栓氧割后更换；③底座与基础板连接部位松动或不平整，若有垫片应将垫片取出后重新调校；若仍无法保证安全，应更换底座。

3.2 局部加固

采用定做专用热镀锌钢固定抱箍，校正固定倾斜的两节避雷针。钢制固定抱箍由上下2个抱箍和2个钢制连板组成，上下抱箍固定直径略小于钢管直径，同时将锈蚀螺栓更换为8.8级热镀锌螺栓。

3.3 整体更换

1)实际结构与设计结构不相符且结构型式异常；

2)锈蚀程度或为严重状态；

3)采取部件维护、局部加强等措施无法使倾斜度达到正常状态。

新建避雷针应采用法兰式、格构式或锥形外插式结构，其具体形式见图4，避免使用插接式。同时，法兰式结构针体应插入法兰内焊接，法兰焊接部位应有加强筋，针尖部分长度不大于5 m，针体厚度不小于3mm。锥形外插式结构针体应保证插接处加工精度，且纵向焊缝应焊透。

图4 各结构形式避雷针

4 结论与建议

变电站避雷针断裂及产生隐患的原因主要表现为结构不合理及锈蚀严重。检修及运行过程中参考避雷针状态评价表对其进行排查，发现严重倾斜、锈蚀及结构不合理的应及时进行更换，可选用法兰式、格构式、锥形外插式，同时现场避雷针组装中应严禁现场施焊，严格控制避雷针的倾斜度，确保电网设备的安全运行。

〔1〕伍斯.基于ANSYS的避雷针有限元分析〔D〕.武汉:湖北工业大学，2012.

〔2〕马崇，程明，陈韶瑜，等.避雷针塔焊结构极限承载风载荷研究〔J〕.焊接技术，2014，43(11):62-66.

〔3〕吴薛红.防雷与接地技术〔M〕.北京:化学工业出版社，2008:1-9.

〔4〕张彼德，周菲菲.避雷针保护范围教学辅助软件开发及应用〔J〕.高等教育研究，2008，25(2):43-44.

〔5〕杨可.折线法和滚球法在变电所防雷设计中的应用〔J〕.电气化铁道，2011(6):17-20.

〔6〕徐贤，吴国忠，李贤，等.变电站构架避雷针断裂原分析及对策〔J〕.宁夏电力，2011(S):94-99.

〔7〕常江，陈韬等.测量500 kV变电站构架倾斜的方法〔J〕.中国科技信息，2012(2):82-83.

Analysis and Maintenancemethods of Potential Danger in lightning rod at Converting Station

HU Jiarui1，ZHOU Ting2，LIU Chun1，LIWenbo1，LONG Yi1，Chen Hongdong1
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China；2.State Grid Hunan Electric Power Corporation，Changsha 410004，China)

On the base of investigation of 3 687 lightning rods in Hunan power grid，this paper summarizes the causes of potential danger，which include irrational structure and severe corrosion.It proposes some correspondingmaintenancemethods.

lightning rod；potential danger；structure；corrosion

TM862＋.1

B

1008-0198(2017)03-0076-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.03.021

2016-01-06 改回日期:2016-12-07