淺談線路避雷器在輸電線路防雷中的應(yīng)用

1、淺談線路避雷器在輸電線路防雷中的應(yīng)用李保國（廣東電網(wǎng)公司江門開平供電局）摘要：簡要介紹了線路避雷器防雷的基本原理，線路防雷對避雷器的要求，線路避雷器的選型及其一般安裝原則，肯定了線路避雷器對提高線路耐雷水平，防止雷直擊導(dǎo)線或雷擊桿塔、避雷線引起的反擊閃絡(luò)，降低線路雷擊跳閘率等方面的作用。關(guān)鍵詞線路避雷器 雷擊 輸電線路0引言在我國跳閘率比較高的地區(qū)，輸電線路運(yùn)行的總跳閘次數(shù)中，由雷擊引起的次數(shù)約占4070，尤其是在多雷、土壤電阻率高、地形復(fù)雜的地區(qū)，雷擊輸電線路而引起的事故率更高。為了減少雷擊對輸電線路安全運(yùn)行的影響，通常采取多種防雷措施，如降低桿塔接地電阻、架設(shè)避雷線、加強(qiáng)線路絕緣水平、加裝

2、耦合地線、裝設(shè)自動重合閘等。但是對于一些山區(qū)線路，在已架設(shè)避雷線和裝設(shè)自動重合閘的情況下，雷害仍十分頻繁，降低桿塔接地電阻又極其困難，而且費(fèi)用高、工作量大，效果也受到一定的限制；加強(qiáng)線路絕緣水平、加裝耦合地線也存在費(fèi)用高、工作量大等不利因素。線路型避雷器利用雷擊桿塔時當(dāng)作用電壓超過避雷器的放電電壓時，避雷器先放電，限制了過電壓的發(fā)展，保護(hù)桿塔絕緣子串不發(fā)生閃絡(luò)，為解決線路的防雷提供了一種新的手段。目前，國內(nèi)外已廣泛使用線路型合成絕緣氧化鋅避雷器用于輸電線路的防雷，取得了很好的效果。廣東電網(wǎng)公司江門開平供電局從2002年開始使用線路避雷器，并分別安裝在35kV、110kV線路上，經(jīng)過幾年的運(yùn)行，

3、取得了滿意的效果。1 線路避雷器防雷的基本原理雷擊塔頂后，一部分雷電流通過避雷線流到相臨桿塔，另一部分雷電流過桿塔電感和接地電阻，桿塔接地電阻呈暫態(tài)電阻特性，一般用沖擊接地電阻來表征。雷擊桿塔時塔頂電位迅速提高，其電位值為 Ut=iRsu+Lt式中i雷電流；Rsu沖擊接地電阻； 桿塔分流系數(shù)；Lt桿塔電感； 雷電流陡度。當(dāng)塔頂電位Ut與導(dǎo)線上電位Uc的差值超過絕緣子串50%的放電電壓時，將發(fā)生由塔頂至導(dǎo)線的閃絡(luò)。因此，線路的耐雷水平主要與4個因素有關(guān)：線路絕緣子的50%放電電壓、桿塔分流系數(shù)（有無避雷線，有避雷線時是為單根還是雙根）、雷電流強(qiáng)度、桿塔的沖擊接地電阻。絕緣子的50%放電電壓是一定

4、的，雷電流強(qiáng)度與地理位置和氣候條件相關(guān)，不裝設(shè)避雷器時，提高輸電線路耐雷水平往往是采用架空地線、降低桿塔的沖擊接地電阻。在山區(qū)，地勢本身較高，再加上桿塔又相對高聳，極易遭受雷擊，降低接地電阻是非常困難的，又容易發(fā)生繞擊，這就造成了山區(qū)輸電線路雷擊跳閘率很高。 線路避雷器實質(zhì)上是一種放電器，它并聯(lián)連接在被保護(hù)設(shè)備附近，當(dāng)作用電壓超過避雷器的放電電壓時，避雷器先放電，限制了過電壓的發(fā)展。線路避雷器與線路絕緣子并聯(lián)加裝在線路上以后，當(dāng)輸電線路遭受雷擊且雷電流超過一定值后避雷器動作，避雷器的殘壓低于絕緣子串的50%放電電壓，絕緣子不會發(fā)生閃絡(luò)。雷電流過后，因避雷器具有良好的絕緣強(qiáng)度自恢復(fù)能力，能夠快速

5、切斷工頻續(xù)流，使電力系統(tǒng)得以繼續(xù)正常運(yùn)行。下圖說明了線路避雷器的伏秒特性與絕緣子的伏秒特性的配合關(guān)系，要求對避雷器的雷電沖擊放電伏秒特性和殘壓要低于被保護(hù)絕緣子串放電伏秒特性2025，亦即要有相當(dāng)?shù)脑６?，以保證受到氣候或其他外界影響時，線路避雷器仍可以保護(hù)絕緣子串。絕緣子及線路避雷器的伏秒特性2 線路防雷對避雷器的要求 線路避雷器安裝在輸電線路上以后，就將作為輸電線路的一部分，這就要求線路避雷器在能有效減少線路雷害停電事故的同時，又不能因為加裝了線路避雷器后增加新的輸電線路故障點。因此線路防雷對避雷器還有電氣方面和機(jī)械兩方面的要求。2.1線路防雷對避雷器電氣方面的要求：線路避雷器保護(hù)特性和被保

6、護(hù)絕緣子串的絕緣配合，要求對避雷器的雷電沖擊放電伏秒特性和殘壓要低于被保護(hù)絕緣子串放電伏秒特性2025，亦即要有相當(dāng)?shù)脑６龋员ＷC受到氣候或其他外界影響時，線路避雷器仍可以保護(hù)絕緣子串。避雷器應(yīng)能滿足長期承受工頻電壓作用而穩(wěn)定工作的要求，即串聯(lián)間隙在各種外界因素（風(fēng)吹、導(dǎo)線舞動等）的作用下，應(yīng)能保持其尺寸基本不變。避雷器應(yīng)具有足夠的通流能力以泄放雷電流和吸收雷電沖擊過電壓的能量，考慮直接雷擊，并多重雷的情況。為限制雷電過電壓，避雷器的保護(hù)水平應(yīng)與線路絕緣子串有很好的絕緣配合，以保證雷擊被保護(hù)線路段時，無論被保護(hù)線路段內(nèi)或被保護(hù)線路段外的絕緣子串均不應(yīng)發(fā)生閃絡(luò)，另外被保護(hù)線段外的線路遭受雷擊時被

7、保護(hù)線段內(nèi)的絕緣子串也不應(yīng)發(fā)生閃絡(luò)。避雷器應(yīng)能可靠地切斷工頻續(xù)流，保證線路正常供電。避雷器本體故障時允許線路重合閘，保證線路仍能工作。避雷器應(yīng)具有防爆性，即使在承受高于設(shè)計值以上的大的雷電流的作用下也不發(fā)生爆炸，保證人身和設(shè)備的安全。避雷器應(yīng)具有良好的密封性，在任何天氣條件下都應(yīng)不易受潮，減少避雷器運(yùn)行中由受潮造成的事故，提高運(yùn)行可靠性。 2.1.9避雷器的外套，應(yīng)有較好的防污性能，在帶間隙的避雷器動作后，避雷器本體的外套表面電流，將是續(xù)流的一部分，較好的防污性能能降低避雷器本體的外套表面電流，有利于避雷器可靠地切斷續(xù)流，保證線路正常供電。2.2線路防雷對避雷器機(jī)械方面的要求：避雷器應(yīng)具有足夠

8、的機(jī)械和機(jī)電破壞強(qiáng)度，應(yīng)能承受所要求的各種機(jī)械和機(jī)電破壞荷載，并考慮一定的安全系數(shù)。3 線路避雷器的選型 線路避雷器有兩種類型，即帶串聯(lián)間隙線路避雷器和無間隙線路避雷器。兩種線路避雷器的結(jié)構(gòu)不同，其性能也不相同。帶串聯(lián)間隙線路避雷器和無間隙線路避雷器相比有如下優(yōu)點：3.1帶串聯(lián)間隙線路避雷器在線路正常運(yùn)行時，避雷器不承受工作電壓的作用，避雷器閥片的荷電率可以取得高一些，雷電沖擊殘壓可以隨之降低；3.2帶串聯(lián)間隙線路避雷器只有在一定幅值的雷電過電壓作用下串聯(lián)間隙動作后，避雷器本體才處于工作狀態(tài)，而無間隙線路避雷器長期承受工作電壓的作用，因此帶串聯(lián)間隙線路避雷器的外絕緣水平（絕緣外套爬電距離）可以

9、低于無間隙避雷器。3.3帶串聯(lián)間隙線路避雷器由于串聯(lián)間隙的隔離作用，即使避雷器本體故障，也不至于影響線路的正常運(yùn)行，無間隙線路避雷器故障時需要特殊的脫落裝置將避雷器與導(dǎo)線分離，否則將造成線路永久性故障。 3.4帶串聯(lián)間隙線路避雷器有放電時延，容易實現(xiàn)緊湊型設(shè)計，而無間隙線路避雷器無放電時延。 無間隙線路避雷器的優(yōu)點無放電時延，能夠快速動作泄露雷電流。根據(jù)帶串聯(lián)間隙線路避雷器和無間隙線路避雷器的優(yōu)缺點，一般情況下，對線路中間的桿塔主要選用帶串聯(lián)間隙線路避雷器來保護(hù)線路絕緣子，利用其在線路正常運(yùn)行時，不承受工作電壓的作用，雷電沖擊殘壓低，很少劣化，使用壽命長；本體故障，也不至于影響線路的正常運(yùn)行；

10、可緊湊設(shè)計，安裝簡單，性價比高等優(yōu)點。對變電站進(jìn)出線臨近變電站的第1基桿塔，主要選用無間隙線路避雷器，利用其無放電時延，能夠快速動作泄露雷電流的優(yōu)點。此時不選用帶串聯(lián)間隙線路避雷器的原因是帶串聯(lián)間隙線路避雷器與變電站內(nèi)設(shè)備的絕緣水平不能相配，當(dāng)線路處于熱備用狀態(tài)或在故障情況下，進(jìn)線斷路器處于暫時分閘狀態(tài)，若此時臨近變電站的第1基桿塔遭受雷擊，進(jìn)線斷路器的斷口將全反射雷電過電壓波，且其波頭時間僅為幾納秒，可能小于間隙放電的時延（一般為數(shù)納秒或數(shù)十納秒），即在帶串聯(lián)間隙線路避雷器放電時延內(nèi)，過電壓反射波可能已達(dá)到最大值，產(chǎn)生很高幅值的雷電過電壓，使斷路器或電流互感器的內(nèi)絕緣擊穿或受到損傷，工頻續(xù)流

11、注入的能量引起其爆炸或斷路器合閘引起絕緣損失進(jìn)一步擴(kuò)大而擊穿爆炸。4 線路避雷器的一般安裝原則由于線路避雷器的投資較大，難以普遍采用，因此易擊段和易擊點的確定是非常重要的，必須進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較和分析。線路避雷器安裝地點的確定應(yīng)根據(jù)線路的具體運(yùn)行情況，如歷年跳閘率、易擊段、易擊桿塔，充分利用雷電定位系統(tǒng)對有關(guān)雷電和線路落雷參數(shù)進(jìn)行分析，結(jié)合線路桿塔的各種參數(shù)，包括地形、線路運(yùn)行最高電壓以及絕緣配合等因素來綜合考慮。線路避雷器安裝的一般原則為：4.1 變電站進(jìn)出線臨近變電站的第1基桿塔；4.2根據(jù)線路的運(yùn)行經(jīng)驗，對線路投運(yùn)至今的運(yùn)行情況進(jìn)行分析，確定易擊段、易擊桿塔，對曾經(jīng)發(fā)生過閃絡(luò)的桿塔優(yōu)先考慮安裝。4.3在接地電阻較高，雷害活動較強(qiáng)烈，易于發(fā)生反擊的桿塔，當(dāng)接地電阻降低有困難(如巖石塔基)，加強(qiáng)線路絕緣又受桿塔尺寸限制情況下，宜在三相導(dǎo)線上安裝線路避雷器，最好在兩側(cè)相鄰桿塔上同時安裝。4.4在地形或氣象特殊的情況下，即使有避雷線，也可能發(fā)生雷直擊或繞擊在導(dǎo)線上的情況，宜在屏蔽效果比較差的相，如邊相或易擊相上的一相或兩相安裝線路避雷器。 綜合以上因素，確定線路避雷器安裝的最佳地點。5 結(jié)束語裝設(shè)線路避雷器對提高線路耐雷水平，防止雷直擊導(dǎo)線或雷擊桿塔、避雷線引起的反擊閃絡(luò)，降低線路雷擊跳閘率都有很好的效果，是目前輸電線路防雷行之有效的方法。隨著科技的發(fā)