110 kV帶串聯間隙復合外套線路型氧化鋅避雷器的應用

杭 文

（淮南供電公司，安徽 淮南 232007）

電網故障分類統計表明，高壓線路運行總跳閘次數中，由雷擊引起的次數約占40%～70%，在多雷、土壤電阻率高、地形復雜的地區，雷擊輸電線路引起跳閘的事件事故則更高，帶來了較大的經濟損失。

為了減少輸電線路的雷擊故障，已采取了各種技術措施，如減小避雷線的屏蔽角，提高線路的絕緣水平；降低桿塔接地電阻，多重屏蔽，雙回路輸電線路采用不平衡絕緣等。但采用減小避雷線屏蔽角的方法將受到桿塔結構的限制，提高絕緣水平會增加線路造價，并受到桿塔結構及走廊寬度的限制。在高土壤電阻率地區降低桿塔接地電阻將存在較大的困難。

為了提高供電可靠性，減少輸電線路的雷擊事故，自1980年開始，國外就開展了應用避雷器降低輸電線路雷擊事故的研究，并已成功地將避雷器應用到輸電線路上。國內外運行經驗表明，利用線路避雷器可以使輸電線路耐雷水平得到較大的提高，能有效降低線路雷擊跳閘率。

本文著重對110 kV帶串聯間隙復合外套線路型氧化鋅避雷器的技術特性進行論述。

1 線路型避雷器串聯間隙的確定

帶串聯間隙線路型避雷器與線路絕緣子串并聯，當雷擊桿塔時，雷電流引起的高電位使得帶串聯間隙避雷器動作，降低了桿塔與導線之間的電位差，從而保證線路絕緣子串不會閃絡跳閘。在帶串聯間隙避雷器動作后，又由于避雷器本體是由伏安特性優異的氧化鋅電阻片構成，其殘壓總被限制在遠低于線路絕緣子串閃絡電壓之下，而且在雷電流過后的系統工頻電壓下能自動熄滅工頻續流，保證電力線路正常運行。

1.1 串聯間隙的要求

（1）在雷電過電壓作用下線路型氧化鋅避雷器可靠動作，保證被保護絕緣子不閃絡。因此希望把串聯間隙距離取小，使帶串聯間隙避雷器與線路絕緣子串有較大的絕緣配合裕度。

（2）在系統暫態過電壓和操作過電壓作用下，線路型氧化鋅避雷器應能保證基本不動作，則希望把串聯間隙距離取大，保證線路型避雷器在暫態過電壓和操作過電壓下不動作，避雷器本體在異常情況下出現故障時，間隙能可靠隔離。

（3）雷電過電壓作用后，串聯間隙在工頻恢復電壓下，串聯間隙應能在1～2個工頻周期內可靠熄滅工頻續流。串聯間隙距離的選取要適度，并與避雷器本體的直流1mA參考電壓U1mA有關。

1.2 間隙距離確定

在雷電過電壓作用下，在保證絕緣子串不發生閃絡的前提下，線路型氧化鋅避雷器必須可靠動作。DL/T 620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》表15規定110 kV輸電線路懸垂絕緣子串最少是7片絕緣子[1]。國內外試驗經驗均證實，線路用氧化鋅避雷器的50%雷電沖擊放電電壓UL50%等于氧化鋅避雷器直流1 mA參考電壓U1mA與串聯間隙的50%雷電沖擊放電電壓UC50%之和，即UL50%=U1mA+UC50%=140+UC50%，若取絕緣子串的50%雷電沖擊放電電壓UJ50%與線路用氧化鋅避雷器UL50%的配合系數為A=1.2，則A=UJ50%/UL50%。

以110 kV用7片X-4.5絕緣子串為例，其50%的雷電沖擊放電電壓為700 kV（正極性）。

查棒—棒電極50%雷電沖擊放電曲線可知，在443.3 kV時間隙距離約為500 mm。

2 避雷器本體參數的確定

2.1 避雷器額定電壓

理論上，線路避雷器本體額定電壓可以取得接近 （或稍大于）最大持續運行電壓，110 kV取84 kV，對于純空氣間隙是適宜的。但對于絕緣子間隙，若考慮到接近2倍的工頻電壓和比線路絕緣子更頻繁的雷擊閃絡，避雷器絕緣子發生故障機率大于同類型線路絕緣子，額定電壓應取得更高一些，取96 kV比較合理[2]。

2.2 避雷器本體直流1 mA參考電壓

避雷器本體直流1 mA參考電壓的確定關鍵是[3]：確保線路避雷器在通過雷電流后，串聯間隙必須在系統的工頻恢復電壓下半波內熄弧。110 kV系統的工頻恢復電壓為：則系統工頻暫態過電壓與避雷器本體U1mA的比值為UTOV/U1mA=1.4×102.8/140=1.03。

從氧化鋅電阻片的伏安特性曲線可知，對應于1.03U1mA電壓的電流接近0.5 A。

日本對線路用氧化鋅避雷器串聯間隙的工頻續流能力進行了試驗研究，試驗結果證明，切斷工頻續流需要的串聯間隙的臨界距離與工頻恢復電壓的關系如圖1，試驗中，線路用氧化鋅避雷器外絕緣的等值附鹽密度取0.06～0.12 mg/cm2，工頻續流值小于2 A。

圖1 串聯外間隙的工頻續流切斷能力

因此串聯間隙距離大于400 mm的避雷器，均可在半波內熄滅工頻續流。

2.3 避雷器2 ms方波（或線路放電）試驗指標

2 ms方波主要取決于線路避雷器在操作過電壓下動作后，可能吸收的最大能量，對于110 kV線路，通過400 A、2 ms方波已經足夠了。

2.4 避雷器4/10 μs大電流試驗指標

若僅按雷電流的幅值考慮，對4/10 μs大電流試驗的要求并不高，但實際通過線路避雷器本體雷電流的波尾卻超過了10 μs，這使得線路避雷器本體將吸收大于同幅值4/10 μs大電流試驗時的能量。因而，從能量的角度考慮，情況并不樂觀，當然這是最不利的安裝方式，其它安裝方式下年雷擊事故率會明顯減少，若采用4/10 μs、100 kA的電阻片，理論上年雷擊事故率為3/100 000。

2.5 避雷器技術參數

綜上所述，根據DL/T 815-2002《交流輸電線路用復合外套金屬氧化物避雷器》要求，確定避雷器的主要技術參數見表1。

表2 D5電阻片的主要參數

2.6 電阻片的確定

根據表1避雷器的主要技術參數要求，確定采用D5電阻片餅狀電阻片。D5電阻片的主要參數如表2所示。

通過計算和校核，標稱放電電流10 kA的避雷器采用29片D5氧化鋅電阻片。

2.7 結構高度、爬電距離和機械強度的確定

電阻片柱的高度為24.8 mm，每端電極高度取120 mm，則結構高度約為960 mm。設計爬電距離為2 835 mm。

通過環氧樹脂管抗彎和抗張的計算，證明所選取的環氧管完全滿足機械強度方面的要求。

2.8 避雷器的結構

帶串聯間隙線路型避雷器采用復合絕緣子支撐串聯空氣間隙，棒形復合絕緣子兩端固定的環狀電極（均壓環）組成放電間隙，合理的管徑、均勻的電場，保證放電穩定。

其放電特性應滿足以下要求：

（1）整體的雷電沖擊放電電壓低于線路絕緣子串50%放電電壓的20%以上。

（2）串聯間隙工頻耐受電壓應符合表1規定。（3）為了確保絕緣子串免于雷擊閃絡，要求避雷器與絕緣子的伏-秒特性在不同的雷電沖擊電壓下，保護的失效率小于萬分之一，在同一擊穿時間下避雷器的放電電壓比絕緣子串的放電電壓低17%。

3 避雷器組裝工藝的要求

3.1 組裝車間的環境對產品質量的影響

氧化鋅電阻片及環氧管在空氣中容易受潮，因此避雷器的組裝車間必須是無塵潔凈車間，且對濕度溫度要求嚴格（濕度小于40%RH，溫度在25℃左右）。所以組裝間必須配備除塵和除濕及空調設備，才能滿足避雷器組裝對環境的要求。

3.2 氧化鋅電阻片的清擦干燥處理

氧化鋅電阻片在運輸、配片過程中不可避免造成外表面受污，且電阻片極易受潮，組裝前必須進行清擦干燥處理。用潔凈的抹布蘸上無水乙醇清擦電阻片表面，然后放入烘箱內進行溫度為100℃，時間為10 h的干燥處理。這樣就能保證電阻片在組裝前是潔凈干燥的。

3.3 氧化鋅電阻片外套熱縮管處理

因為氧化鋅電阻片疊起來時無法保證電阻片之間沒有縫隙，這主要是電阻片制造上存在的問題，如果不進行處理，在真空澆灌過程中極易造成電阻片間進膠，從而導致產品質量出現問題，所以應在電阻片外套熱縮管（硅橡膠制品），加溫收縮熱縮管使電阻片成為整體的電阻片柱，這樣真空澆灌時才能從根本上保證電阻片間不會進膠。

3.4 避雷器灌膠工藝及密封對產品質量的影響

瓷絕緣避雷器由于瓷套內存在空氣，在正常自然條件下因呼吸作用而使內部受潮發生的事故屢見不鮮。復合絕緣氧化鋅避雷器采用真空灌膠方式解決內部存在空氣問題，從而杜絕了避雷器因呼吸作用而受潮的可能性。

瓷套避雷器和復合絕緣氧化鋅避雷器的密封問題都非常重要，因為避雷器中的環氧材料和電阻片都極容易受潮。因此選用的密封材料必須有很好的抗老化能力，且要能和合成套以及金屬附件有良好的粘結密封效果。在灌膠前必須進行測漏，對避雷器進行抽真空處理，當真空度達到0.06 MPa時，關閉真空管閥門，保證在10 min內，變化不大于0.002 MPa。否則要重新進行處理，且要進行密封檢測，合格后方可進行澆灌。

表1 110 kV帶串聯間隙復合外套線路型氧化鋅避雷器的主要技術參數[4]

4 結語

輸電線路雷害事故多、雷擊跳閘頻繁，線路型避雷器的防雷效果已被國內外所公認。110 kV帶間隙線路型避雷器，因正常情況下與系統隔離，使用安全，與瓷絕緣子串的雷電伏-秒特性配合良好，可為線路提供可靠保護。避雷器生產過程中組裝質量的好壞將直接影響到避雷器的質量。

[1]DL/T 620-1997交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合[S].

[2]劉有為，杜澍春，馬晉華，等.高壓交流線路用金屬氧化物避雷器[J].電力設備，2000，1（2）:1-8.

[3]張運庭，段慶成，等.線路型有間隙和無間隙避雷器的技術特性和產品結構[J].電瓷避雷器，2002（1）:21-27.

[4]DL/T 815-2002.交流輸電線路用復合外套金屬氧化物避雷器[S].北京：中國電力出版社，2002.

[5]王秉鈞.金屬氧化物避雷器[M].北京：水利電力出版社，1993.