淺談線路避雷器在輸電線路防雷中的應用

1、淺談線路避雷器在輸電線路防雷中的應用李保國（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，防止雷直擊導線或雷擊桿塔、避雷線引起的反擊閃絡，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、架設避雷線、加強線路絕緣水平、加裝

2、耦合地線、裝設自動重合閘等。但是對于一些山區(qū)線路，在已架設避雷線和裝設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，而且費用高、工作量大，效果也受到一定的限制；加強線路絕緣水平、加裝耦合地線也存在費用高、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，保護桿塔絕緣子串不發(fā)生閃絡，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。當塔頂電位Ut與導線上電位Uc的差值超過絕緣子串50%的放電電壓時，將發(fā)生由塔頂至導線的閃絡。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，雷電流強度與地理位置和氣候條件相關(guān)，不裝設避雷器時，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)連接在被保護設備附近，當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。雷電流過后，因避雷器具有良好的絕緣強度自恢復能力，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絕緣子串放電伏秒特性2025，亦即要有相當?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：線路避雷器保護特性和被保

6、護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絕緣子串放電伏秒特性2025，亦即要有相當?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絕緣子串。避雷器應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（風吹、導線舞動等）的作用下，應能保持其尺寸基本不變。避雷器應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，避雷器的保護水平應與線路絕緣子串有很好的絕緣配合，以保證雷擊被保護線路段時，無論被保護線路段內(nèi)或被保護線路段外的絕緣子串均不應發(fā)生閃絡，另外被保護線段外的線路遭受雷擊時被

7、保護線段內(nèi)的絕緣子串也不應發(fā)生閃絡。避雷器應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。避雷器應具有防爆性，即使在承受高于設計值以上的大的雷電流的作用下也不發(fā)生爆炸，保證人身和設備的安全。避雷器應具有良好的密封性，在任何天氣條件下都應不易受潮，減少避雷器運行中由受潮造成的事故，提高運行可靠性。 2.1.9避雷器的外套，應有較好的防污性能，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械方面的要求：避雷器應具有足夠

8、的機械和機電破壞強度，應能承受所要求的各種機械和機電破壞荷載，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線路絕緣子，利用其在線路正常運行時，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行；

10、可緊湊設計，安裝簡單，性價比高等優(yōu)點。對變電站進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)設備的絕緣水平不能相配，當線路處于熱備用狀態(tài)或在故障情況下，進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一步擴大而擊穿爆炸。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，必須進行技術(shù)經(jīng)濟比較和分析。線路避雷器安裝地點的確定應根據(jù)線路的具體運行情況，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)進行分析，結(jié)合線路桿塔的各種參數(shù)，包括地形、線路運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 變電站進出線臨近變電站的第1基桿塔；4.2根據(jù)線路的運行經(jīng)驗，對線路投運至今的運行情況進行分析，確定易擊段、易擊桿塔，對曾經(jīng)發(fā)生過閃絡的桿塔優(yōu)先考慮安裝。4.3在接地電阻較高，雷害活動較強烈，易于發(fā)生反擊的桿塔，當接地電阻降低有困難(如巖石塔基)，加強線路絕緣又受桿塔尺寸限制情況下，宜在三相導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)束語裝設線路避雷器對提高線路耐雷水平，防止雷直擊導線或雷擊桿塔、避雷線引起的反擊閃絡，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)