避雷器在輸電線路防雷中的應(yīng)用探析

摘要：輸電線路在雷電天氣下受危害較大，易造成輸電電壓波動(dòng)，甚至燒壞電線。目前來(lái)說(shuō)，無(wú)論國(guó)內(nèi)外都沒(méi)有完全消除雷擊的有效辦法，而一般采取的方法是根據(jù)線路電壓等級(jí)、負(fù)荷性質(zhì)、雷電活動(dòng)情況、土壤電阻率高低及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，綜合采取防雷措施。線路避雷器是目前輸電線路上采取的防雷技術(shù)措施，具有很高的可行性。文章通過(guò)對(duì)線路避雷器的解析，探討其在輸電線路防雷中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：避雷器；輸電線路；應(yīng)用探析

中圖分類號(hào)：TM86 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

電力系統(tǒng)中的輸電線路一般處于露天狀態(tài)下，極易遭受雷擊。近幾年來(lái)，雷擊引起的輸電線路跳閘故障日益增多，不僅影響了設(shè)備的正常運(yùn)行，而且極大地影響了日常的生產(chǎn)、生活。雷擊破壞已經(jīng)成為了影響輸電線路安全運(yùn)行的重要原因之一。

為了減少輸電線路的雷擊故障，雖然采取了各種綜合防雷措施，比如提高線路絕緣水平、降低塔桿接地電阻等等方法，取得了相應(yīng)的效果，但是對(duì)于分布在高土壤電阻率的部分線路或?qū)τ诶@擊雷對(duì)線路造成的故障仍沒(méi)有好的對(duì)策。自20世紀(jì)80年代開(kāi)始，國(guó)內(nèi)外均采用了線路型避雷器開(kāi)展輸電線路的防雷工作，線路型避雷器利用雷擊塔桿是避雷器動(dòng)作，導(dǎo)線電位升高，減小塔桿頂部與導(dǎo)線之間的電位差，保護(hù)塔桿絕緣子不發(fā)生閃絡(luò)的原理，具有保護(hù)性能好、反應(yīng)能力快等優(yōu)點(diǎn)，為提高輸電線路的防雷水平提供了可靠的保障。

1 線路避雷器防雷的原理

線路避雷器采用的是避雷器本體和串連空氣間隙結(jié)構(gòu)的組合，其中避雷器的本體基本不會(huì)承擔(dān)系統(tǒng)運(yùn)行的電壓，所以不必考慮在長(zhǎng)期運(yùn)行下的老化問(wèn)題，當(dāng)避雷器發(fā)生故障時(shí)，也不會(huì)影響線路的運(yùn)行。串連空氣間隙分為兩種，一種是純空氣串聯(lián)間隙，另一種是由合成絕緣子支撐的串聯(lián)空氣間隙。純空氣間隙不必?fù)?dān)心空氣間隙發(fā)生故障，但是在安裝避雷器的時(shí)候需要調(diào)整塔桿上的間隙距離，安裝時(shí)要求高一些；而絕緣子間隙在安裝時(shí)較為容易，因?yàn)殚g隙距離以由絕緣子確定，但是支撐間隙的絕緣子承擔(dān)著較高的系統(tǒng)電壓。

當(dāng)塔桿被雷電擊時(shí)，雷電引發(fā)的電流分別經(jīng)過(guò)塔桿、避雷線流入大地，如果塔桿頂端電位與導(dǎo)線電位差值高于絕緣子串50%的放電電壓將會(huì)產(chǎn)生由塔頂至導(dǎo)線的閃絡(luò)。輸電線路的抗雷能力主要是受絕緣子串50%放電電壓、架空避雷線、雷電流強(qiáng)度以及接地電阻四個(gè)因素的影響。其中，僅有架空避雷線與接地電阻是受制于人為控制，因此通常采取降低接地電阻、安裝線路避雷器來(lái)提高輸電線路的抗雷能力。一般來(lái)說(shuō)，不安裝線路避雷器時(shí)，提高輸電線路的耐雷水平是采用降低塔體的接地電阻，但是在山區(qū)或者某些地區(qū)的土壤電阻率很高，難以有效的降低接地電阻，這也是輸電線路遭雷電反擊跳閘的原因所在。

安裝線路避雷器之后，輸電線路遭受雷擊時(shí)，雷電流的分流將會(huì)有一部分從避雷線傳入到相鄰塔桿，一部分經(jīng)過(guò)塔體入地，當(dāng)雷電流超過(guò)一定值后，避雷器動(dòng)作加入到分流。避雷器殘壓不會(huì)超過(guò)50%，即使雷擊電流加大，也不會(huì)使殘壓過(guò)大引發(fā)閃絡(luò)。具體來(lái)講，安裝線路避雷線后，雷擊輸電線路時(shí)，線路避雷器會(huì)將雷電流分出一部分輸送到相鄰塔桿，雷電流經(jīng)過(guò)避雷線和導(dǎo)線時(shí)會(huì)受到其電磁感應(yīng)的作用產(chǎn)生耦合分量，這樣就會(huì)升高導(dǎo)線電位，使導(dǎo)線與塔桿頂端的電位差小于絕緣子串的閃絡(luò)電壓，從而起到防雷作用。

以往輸電線路防雷主要采取降低塔體接地電阻的方法，此方法在平原相對(duì)容易，但是對(duì)于山區(qū)，在工頻狀態(tài)下接地電阻會(huì)有所下降，遭受雷擊時(shí)，因接地線過(guò)長(zhǎng)會(huì)有較大的附加電阻，這樣就會(huì)使塔頂電位大大提高，反而更容易造成塔體與絕緣子串的閃絡(luò)，使線路的耐雷水平下降。因?yàn)楸芾拙€有鉗電位的作用，對(duì)接地電阻的要求不算嚴(yán)格，對(duì)山區(qū)線路防雷比較容易實(shí)現(xiàn)。

2 避雷器的選點(diǎn)

大量的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，線路遭受雷擊往往集中于線路的某些地段，這些地段，可以稱之為選擇性雷擊區(qū)或易擊區(qū)。如果線路能避開(kāi)這些易擊區(qū)或者對(duì)其加強(qiáng)保護(hù)，則是可以防止雷害的手段之一。經(jīng)過(guò)研究證明，下列地段易遭雷擊：

雷暴走廊，比如山區(qū)風(fēng)口及順風(fēng)的峽谷等地；四周為潮濕環(huán)境山丘盆地，比如塔桿周圍有沼澤、湖泊、森林、水庫(kù)等等；土壤電阻率突變的地帶、巖石與土壤、山坡與稻田的交界地帶。當(dāng)土壤的電阻率差別不大是，雷擊突出于山頂向陽(yáng)坡的位置。

避雷器一般安裝在線路的易擊區(qū)，但是在選擇安裝避雷器地點(diǎn)過(guò)程中，必須結(jié)合本地區(qū)歷年來(lái)的線路跳閘狀況以及線路所經(jīng)的地形進(jìn)行綜合考慮，以此來(lái)提高線路的耐雷水平。

3 避雷器的選擇及其參數(shù)的確定

3.1避雷器的選擇

首先，選擇符合絕緣套氧化鋅避雷器。常用的避雷器都是瓷外套，比較重，安裝也不方便，而且在上路上使用上還有一定的局限性，如果發(fā)生爆炸，其碎片將會(huì)危及臨近的絕緣子的運(yùn)行安全。所以必須選擇一種比較安全的，適合與線路上使用的避雷器。隨著我國(guó)硅橡膠技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)也相繼研制出了復(fù)合外套氧化鋅避雷器。

其次，選擇外部帶間隙的復(fù)合絕緣套氧化鋅避雷器。由于懸掛于線路塔桿上的復(fù)合絕緣套氧化鋅避雷器分為兩種，一種是外部帶間隙的復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器（GMOA）；一種是外部不串間隙的復(fù)合絕緣套氧化鋅避雷器（WGMOA）。這兩種避雷器中只有GMOA的外串間隙在線路正常運(yùn)行的情況下能夠隔離電網(wǎng)運(yùn)行電壓，保持避雷器不受電壓，而且避雷器的額電壓也可以選擇比較低，即使避雷器受到損壞時(shí)仍然允許線路繼續(xù)運(yùn)行。由于線路避雷器的有效性很高，其50%的放電電壓低于絕緣子閃絡(luò)電壓的80%，有效性高于99%，因此可以免維護(hù)。

3.2避雷器參數(shù)的選擇

由于避雷器長(zhǎng)期運(yùn)行在電壓下，而且線路運(yùn)行的條件比在變電站內(nèi)運(yùn)行的條件苛刻，為了避雷器運(yùn)行的可靠性，將復(fù)合絕緣套氧化鋅避雷器的電壓由110kv提高到120kv，持續(xù)運(yùn)行的電壓由75kv提高到90kv，直流電壓由1mA提高到160kv，考慮避雷器遭雷擊的幾率大，因而避雷器的強(qiáng)電流耐受由60kA提高到了110kA。另外，考慮到避雷器長(zhǎng)期懸掛與線路上并承擔(dān)相電壓的作用，所以對(duì)避雷器進(jìn)行了一次施加拉力的試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)軸向分別施加550kg、700kg拉力的靜態(tài)機(jī)械負(fù)荷，在此符合狀態(tài)下施加1.0倍的電位值測(cè)量局部放電，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)軸向機(jī)械負(fù)荷加到額定破壞負(fù)荷時(shí)，局部放電并沒(méi)有變化，機(jī)電性能仍然穩(wěn)定。

4 避雷器的安裝應(yīng)用

安裝避雷器的目的是為了減少雷擊故障和操作過(guò)電壓導(dǎo)致的絕緣子閃絡(luò)，因此需要結(jié)合實(shí)際選擇避雷器安裝位置，以發(fā)揮其最佳作用。

首先，避雷器與被保護(hù)的絕緣子之間距離不要太近，因?yàn)榫€路避雷器的電容量大電阻小，而串聯(lián)間隙的電容小電阻大，在正常的情況下線路避雷器承擔(dān)的電壓占很小的部分，這樣可以近似的認(rèn)為線路避雷器的下端電位為零；相反，線路絕緣子的下端則是高電位，如果避雷器安裝太靠近線路絕緣子的話，就可能發(fā)生絕緣子下端對(duì)避雷器下端出現(xiàn)放電的不正常現(xiàn)象，甚至更為嚴(yán)重的結(jié)果。因此，兩者之間的最小距離應(yīng)該是串聯(lián)間隙的放電電壓略高于絕緣子下端對(duì)避雷器下端的放電電壓。經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)表明，這一最小距離應(yīng)該為110kV-85㎝，220kV-150㎝，考慮到實(shí)際因素的影響，安裝時(shí)可以適當(dāng)加大。

其次，盡管避雷器在設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮到了抗拉能力，但仍需避免將導(dǎo)線上的負(fù)荷轉(zhuǎn)移到線路避雷器上，考慮避雷器在運(yùn)行中風(fēng)偏的影響，應(yīng)保證串聯(lián)間隙距離保持不變。串聯(lián)間隙中的固定間隙，將避雷器的外串聯(lián)間隙用符合絕緣子固定住，在絕緣子的兩側(cè)安裝環(huán)狀電極，這樣間隙距離可保持不變。這種安裝結(jié)構(gòu)比較容易，但固定間隙的絕緣子要承受工作電壓的作用。串聯(lián)間隙中的空氣間隙受外界因素的影響，比如大風(fēng)的情況下導(dǎo)線的舞動(dòng)。因?yàn)榭諝忾g隙的一個(gè)電極安裝在線路導(dǎo)線上，一個(gè)安裝在避雷器本體下端。為了保持間隙距離，電極形狀需要制作成弧形，這種結(jié)構(gòu)的好處一是能夠隔離運(yùn)行的電壓，減輕電阻片的老化現(xiàn)象；二是當(dāng)避雷器出現(xiàn)故障時(shí)，但不影響線路正常輸電。但該結(jié)構(gòu)在安裝時(shí)需要調(diào)整間隙距離。

再次，如果選擇一條雷擊率較高的線路的話，所有桿塔三相導(dǎo)線均需要加裝線路避雷器，這無(wú)疑對(duì)降低線路的跳閘起到了明顯的作用，但是高資金的投入對(duì)運(yùn)行單位來(lái)說(shuō)不是很經(jīng)濟(jì)。在此情況下可以考慮利用一定數(shù)量的線路避雷器，同時(shí)考慮不同塔桿的接地電阻、桿塔的差距合理的安裝避雷器，以此來(lái)保護(hù)雷擊率較高的地區(qū)，從而降低整條線路的跳閘率。另外，線路避雷器的安裝一般不要采取水平安裝，因?yàn)闊o(wú)法確定在長(zhǎng)期運(yùn)行后的變形是否會(huì)影響到避雷器的安全，所以，最好應(yīng)順應(yīng)桿塔單獨(dú)敷設(shè)接地線。

最后，最好不采用長(zhǎng)引下線將計(jì)數(shù)器擱置與易閱讀的地方，因?yàn)檫@樣可能導(dǎo)致計(jì)數(shù)器的數(shù)值失真。

對(duì)于制定線路避雷器的維護(hù)策略時(shí)，應(yīng)該考慮到幾點(diǎn)因素：首先，線路避雷器即使發(fā)生了故障一般也不會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的后果；其次，串聯(lián)間隙能夠降低發(fā)生故障的幾率；最后，傳統(tǒng)的維修方式成本高，能夠使損失風(fēng)險(xiǎn)低于維護(hù)成本，按照狀態(tài)檢修理論，可以簡(jiǎn)化維護(hù)策略。

對(duì)于線路避雷器運(yùn)行后的必要維護(hù)：第一，定期的測(cè)量絕緣電阻，與往年結(jié)果對(duì)比不應(yīng)有明顯的變化；第二，檢查并記錄計(jì)數(shù)器的動(dòng)作情況；第三，對(duì)其固定件的查看，如出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，進(jìn)行擰緊，防止松動(dòng)；第四，定期進(jìn)行直流1mA的電壓及70%直流1mA的電壓泄露電測(cè)量。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，線路避雷器應(yīng)用于輸電線路能夠有效的提高線路的抗雷能力，保證輸電線路的安全、穩(wěn)健的運(yùn)行。在實(shí)際應(yīng)用中，選擇合適的避雷器，合理的確定安裝位置及其數(shù)量能夠確保發(fā)揮避雷器作用的關(guān)鍵。加強(qiáng)對(duì)輸電線路防雷工作進(jìn)行分析、總結(jié)，不斷積累線路避雷器的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，提高耐雷水平，以此提升輸電線路的安全性與經(jīng)濟(jì)性。

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