一起110kV变压器跳闸事故原因分析
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陕西有色天宏瑞科硅材料有限责任公司的研究人员李志强、杨育峰、蒲凭山，在2018年第7期《电气技术》杂志上撰文指出，变压器是一个工厂的重要设备。为工厂提供可靠的电力，是保证工厂正常生产的必要条件。而避雷器是保证电力系统安全运行的重要保护设备之一。
本文详细介绍了某化工厂新投运110kV变压器差动保护、重瓦斯动作跳闸情况，对变压器本体上避雷器进行了拆卸解体，发现避雷器内锥炸裂，对其原因进行了分析总结，并对变压器本体上安装此类避雷器提出了一些合理化建议。
在工厂供配电系统中，经常会遇到操作过电压或雷电过电压，而且如果过电压值超过配电系统中电气设备的耐压值，就会造成电气设备事故，进而使供电中断，影响工厂供配电的可靠运行，甚至会导致整个工厂停车，发生安全事故。所以为了提高供电的可靠性，减少过电压对电气设备带来的损害，工厂供配电系统中一般均装设避雷器。
变压器在电力输送过程中起着十分重要的作用，对化工厂更是起到至关重要的作用，因为一旦故障停电，就会对工厂造成重大的经济损失，所以根据国家规范，为了保护变压器高压绕组防止被击穿，某新建化工厂对全厂12台110kV变压器本体高压侧均装设屏蔽式插接避雷器。
屏蔽式插接避雷器不仅具有金属氧化物避雷器的特性优点，而且更重要的是，产品外部采用金属壳体全屏蔽，利用固体绝缘插拔式配合安装，可触摸，防触电、使用方便、性能可靠等优点，在供配电系统中得到了广泛的应用。此屏蔽式插接避雷器由两部分组成，一部分为避雷器内锥，环氧树脂材料，起绝缘作用；另一部分为避雷器芯体，即外露部分（如图1所示）。
图1 避雷器结构图
本文对该化工厂110kV变压器跳闸事故进行了分析诊断，结合现场实际情况判断为避雷器内锥炸裂引起的变压器差动保护、重瓦斯、压力释放动作。通过对该屏蔽式插接避雷器的拆除分解、变压器运行工况和避雷器实际的安装情况分析，找出了避雷器炸裂的主要原因。
1 事件经过
某新建化工厂1号110kV变压器电气交接试验均合格，于2017年6月26日11点顺利投运，空载24h一切正常。
2017年6月28日16点19分电气监控系统报警显示1号110kV变压器差动保护、重瓦斯、压力释放超大保护跳闸动作，经现场查看为变压器B相避雷器芯体与内锥连接处往外喷油（如图2所示）。
图2 1号变压器现场图
根据避雷器的结构及现场实际情况，初步判断避雷器内锥炸裂，导致变压器保护动作跳闸。
2 避雷器拆卸检查
事故发生后，立即对该变压器B相避雷器进行了拆卸和外观检查。外观检查发现避雷器芯体没有异常，只是避雷器芯体与内锥连接处外喷油。
随后，对避雷器芯体进行了拆卸，发现该变压器避雷器内锥炸裂（分别如图3和图4所示），对变压器内壁有明显的放电痕迹（如图4所示）。经检查还发现避雷器内锥底部有明显的水珠（如图3所示），且固定避雷器芯体的4个螺丝孔中其中的1个有手工攻丝的痕迹。
图3 避雷器内锥
图4 放电现象
从现场观察发现，避雷器内锥对变压器内壁进行了放电，造成环氧树脂内锥底部及变压器内壁被熏黑的现象。也可以说明，避雷器内锥对变压器内壁持续放电造成内锥炸裂的原因。
3 变压器运行工况分析
该避雷器装设在110kV变压器的一次侧，且这种屏蔽式插接避雷器在110kV变压器上是第一次应用。所以非常有必要对变压器运行的工况进行分析，以查清故障原因。
1）操作过电压
该厂是新建化工厂，且变压器刚投入运行29h，所带负荷只是部分照明灯和空调设备，110kV侧及10kV侧都没有任何操作，可以明确不是操作过电压造成的。
2）雷击过电压
根据当地气象局资料，故障前该地区的天气显示为晴天，所以该厂110kV变电站及与之相连的线路不会有雷击现象，可以排除雷电过电压的影响。
4 原因分析
造成变压器本体上避雷器炸裂的主要原因有操作过电压、雷电过电压、变压器内部放电故障、避雷器内部缺陷、内部受潮等。初步排除操作过电压和雷电过电压后分析其他原因。
4.1 变压器内部故障
事故发生后，立即对该台变压器油样进行取样分析，油样结果显示总烃、乙炔和氢含量均超标，判断变压器内部发生放电现象。
变压器厂家对变压器绕组的直流电阻、铁心的绝缘电阻、绕组的绝缘电阻进行了检测，结果表明均符合国家标准要求，所以判断变压器本体内部没有发生故障。
4.2 避雷器缺陷
该厂使用的是西安神电电器有限公司CM110屏蔽式插接避雷器，是首次应用在110kV变压器上的。主要技术参数见表1。
表1 避雷器主要参数
根据电气交接试验规范及避雷器厂家的说明书，在投运前需要对其进行交接试验，主要项目为避雷器绝缘电阻、直流1mA参考电压和泄漏电流的测量，其结果（见表2、表3）均符合产品要求。初步排除避雷器内部缺陷。
表2 避雷器绝缘电阻
表3 避雷器直流参考电压及泄漏电流
4.3 内部受潮
该避雷器安在安装完成后，避雷器一周有凹槽，雨天凹槽内有积水，导致避雷器固定法兰钢板（如图1所示）下接触面浸泡在水里，后来发现此缺陷后，使用密封胶将该凹槽全部密封。
B相避雷器拆开时，发现内锥底部有水珠，如图3所示。由于设计和工艺过程控制不严的避雷器会出现密封系统有缺陷现象，所以初步判断由于变压器设计原因造成避雷器周围积水导致避雷器内锥受潮，且发现此缺陷后只是用密封胶将凹槽密封，没有拆卸避雷器进行检查，长时间将会造成内锥结露，导致放电现象。
4.4 安装缺陷
将避雷器拆卸后，发现固定避雷器芯体的一个螺孔不对应，有明显的攻丝痕迹。后经避雷器厂家证实，安装避雷器时，发现螺栓带不上，现场在螺孔上进行了攻丝，攻丝导致避雷器内锥受损。
通过上述分析得出，避雷器安装上的缺陷造成内锥受损，而避雷器内锥受潮发生放电加剧了内锥的损坏，进一步造成内锥炸裂，对变压器内壁放电，进而导致变压器油中气体含量发生变化引起变压器差动、重瓦斯、压力释放超大动作而跳闸。
110kV变压器本体一次侧加装避雷器是一次新的应用，为了避免由于避雷器故障而导致变压器跳闸：①要加强设备生产的过程监督和设备验收；②在实时跟进安装过程，发现安装问题应及时讨论确定合适的安装方案；③要加强运行过程的监督，此避雷器没有选装计数器，建议加装计数器，在运行过程中记录计数器的泄漏电流，定期对数据绘制曲线进行分析，发现泄漏电流增大及时汇报并进行带电或停电测试，以预防事故的发生。