架空輸電線路復合絕緣子并聯間隙的防雷保護研究

摘要：在科技發展飛速的今天，電力技術得到了大力發展，保護輸電線路的安全，維護輸電線路的正常使用是關鍵所在。最容易影響輸電線路運行的因素是雷電，所以，如何防雷已經成為設計輸電線路的主要研究部分。就輸電線路復合絕緣子防雷措施進行了分析，并且討論了一系列復合絕緣子并聯間隙的防雷保護。

關鍵詞：輸電線路；絕緣子；并聯間隙；防雷保護

作者簡介：阮勇（1981-），男，安徽合肥人，中國能源建設集團安徽省電力設計院，工程師。（安徽 合肥 230601）

中圖分類號：TM72 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）36-0239-02

一、輸電線路復合絕緣子并聯間隙防雷保護現狀

我國目前所采用的輸電線路復合絕緣子防雷保護裝置是比較合適的，防雷效果比較明顯。所以，架空送電線路的防雷措施應該以我國現行的方式為基礎，并在這個基礎上加以改善，善用并聯間隙作為輔助以對現有的防雷措施加以補充。當然，在設施方面的高要求也要運用到地域方面來，在裝設輸電線路時要考慮當地的地理情況與氣候因素對線路的影響，并且要合理利用資源，不能過分浪費。本文將詳細介紹的并聯間隙裝置就是一種理想的裝置，它不僅價格低廉，而且安裝使用也很方便。

我國目前采用的110kV復合絕緣子的高、低壓側沒有均壓環，會導致工頻電弧的產生并且使弧根在絕緣子金屬端部燃燒，影響到絕緣子的質量，甚至燒毀絕緣子，從而導致輸電線路被破壞，供電中斷。光從均壓環這一點考慮，在220kV輸電線路的復合絕緣子上均裝有均壓環，若由于設計的不合理或加工的不合理，工頻電弧的弧根會停留在高壓側的均壓環上或者絕緣子根部，這就會和110kV的復合絕緣子所導致的后果一樣，燒損復合絕緣子，從而使輸電線路遭到破壞，從而致使供電中斷。[1]

但是，這兩種絕緣子都有其優點，能夠及時找到雷擊和閃絡處，并且可以識別工頻電弧的放電，不僅如此，它還具有良好的均勻電場的功能，這就能保證輸電線路運行的穩定。在復合絕緣子上安裝并聯間隙裝置會使輸電線路遭到雷擊后使線路跳閘的現象增加，這是它的一個缺點，但是更重要的是，它會使輸電線路遭到雷擊后出現嚴重事故的概率降低很多。所以，可以通過采用一種加長型的絕緣子來抵消加上并聯間隙裝置的復合絕緣子雷擊的跳閘增加的效果，這樣就可以在滿足降低雷擊事故發生率的情況下，也降低輸電線路雷擊跳閘率，達到防雷的效果。[2]

二、設計輸電線路復合絕緣子并聯間隙防雷保護的步驟

1.技術要求

設計并聯間隙裝置要滿足一定的要求：間隙裝置要有能夠先于絕緣子發生閃絡現象的特點，并且要與電弧最終的燃燒點相結合。而且要使閃絡發生在固定的位置，這個位置對輸電線路必須無影響。當然，間隙裝置還需要能夠把電弧的起弧點恰當地轉移至最終燃燒點。并且，間隙裝置的工頻電場要達到一定的要求，以防止放電。間隙裝置還要具有一定的耐熱性能，要能夠經得起工頻電弧的灼燒。[3]

2.初步設計輸電線路復合絕緣子并聯間隙裝置

（1）雷電沖擊放電特性分析。雷電的電擊一般是通過最快最短的路徑進行的，所以，在設計輸電線路時一定要考慮到其放電路徑的特性。間隙裝置就起到一個優先絕緣子放電的作用。它可以產生定點定位的閃絡現象，這就避免了絕緣子遭到破壞。所以，在設計間隙裝置時，要在其高、低壓電極上制作出定位點，定位點之間的距離應小于復合絕緣子的干弧距離，并留有適當裕度。保持間隙小是為了使間隙裝置的放電電壓降低，這樣就可以保證絕緣子不會受到損壞，從而保障輸電線路的正常運行。[3]

（2）工頻電弧損壞絕緣子的原因。工頻電弧損壞絕緣子的主要原因是電弧的熱效應。當工頻電弧形成時，它的爆炸聲波輻射形成了影響較小的機械力，產生熱效應，以至于燒壞絕緣子。當然，絕緣子的破壞其實不是由于電弧熱效應而引燃并立刻損壞的。它的損壞在電弧完全發展后才進行的。絕緣子的材料是影響其受熱能力的主要因素，所以在電弧引燃后的一段時間內，它的損壞溫度取決于它的材料。絕緣子所能承受的最高溫度是存在于起弧點附近的，距離越遠，溫度越低。當然，影響起弧點溫度的因素也有一些，它的溫度與電極的材料、形狀有關，同時，它也受到電弧電流的一定影響。電弧中會形成弧根，它是存在于電極附近的小范圍內的等離子流。工頻電弧的弧根所聚集的等離子流會在極短的時間內燒壞絕緣子，從而導致供電中斷。對比弧根，電弧的腹部是一個擁有較好的散熱性能的區域，它可以及時地將多余的熱量散到空氣中，防止絕緣子瞬間燒壞。它里面有較大的通道，容易受到熱空氣的影響，當然，磁場對它的作用很明顯。因此，電弧腹部也會對絕緣子造成一定的影響，在長時間內會將絕緣子燒壞。[4]

（3）間隙裝置的工頻電弧運動特性。對于裝有間隙裝置的絕緣子，起弧點可以從絕緣子的端頭邊跳到間隙裝置的環上，再移動到間隙裝置環的磁中性點上，并且移動的速度會降低，甚至停留下來，這樣等離子流就會有足夠的時間和機會烘烤復合絕緣子。雖然當前帶有均壓環的復合絕緣子有一定的引弧功能，但是不能達到并聯間隙裝置的目的，因此，將普通的絕緣子進行改進，加上間隙裝置，可以有效改善其性能，增大引弧的效果。不管起弧點在哪個位置，電弧都會在電磁力的作用下快速向燃燒點移動，根據間隙裝置的結構特點，等離子流會沿環形電極的方向噴出，其燃燒是穩定的。最終燃燒點可布置得遠離絕緣體而不影響電弧的轉移，這是較理想的結構。[4]

（4）間隙裝置的材料。間隙裝置材料的選擇主要依據電弧的燃燒性能，一般可以選擇鋼、銅、鋁。在不同的裝置下要使用不同的材料才能有更好的效果。當然，從材料價格方面來考慮，其他材料不適合用做間隙裝置材料，尤其是銅。銅的使用成本非常高，所以間隙裝置的材料要根據間隙裝置的設計來設計。通過許多研究發現，防雷作用最好并且有一定的防腐性質的材料是熱鍍鋅鋼，這是現今最適合作間隙裝置的材料。[4]

三、間隙裝置雷電沖擊放電的試驗

1.試驗目的

這個試驗主要是用來檢驗間隙裝置能不能在一定程度上保證雷電電擊不影響輸電線路。當然，雷電閃絡的路徑也需要得到確定，并且通過優化得出最合適的間隙距離，這樣就能夠避免復合絕緣子被雷電電擊，以致損壞，保證輸電線路的正常運行。

2.試驗方案

試驗是在中國電力科學研究院戶外高壓試驗場進行的，對于所采用的鐵塔，用1：1簡化的塔頭進行模擬，塔頭離地面20m。對于220kV導線采用直徑30mm、長度6m的2根鋁合金管和2只間接棒模擬雙分裂導線，導線與水平面的夾角為45°，分裂的間距為400mm；對于110kV的導線，采用直徑27mm、長度6m的鍍鋅鋼管模擬單根導線。110kV復合絕緣子采用標準型和加長型兩種，標準型的干弧距離為1045mm，加長型的干弧距離為1150mm。220kV復合絕緣子的標準型干弧距離為1950mm，加長型的干弧距離為2100mm。同時，對于加長型絕緣子的干弧距離可以通過間隙裝置進行調節。[5]

3.試驗結果

整個試驗能夠得到一定的數據來確定雷電對輸電線路的影響，電極間的距離和間隙裝置的材料、形狀是密切相關的。在研究人員經過幾百次試驗之后得到的結果表明：

（1）影響高壓側起弧點位置的因素主要是高壓電極的環面與放電球之間的相對位置，若電壓電極的引弧棒端部低于環平面10mm時起弧點都在引弧棒上，當環平面低于放電球28mm時起弧點都在放電球上。

（2）對于間隙裝置的高、低壓電極環平面的位置都有要求，需要超過絕緣子的金屬端部，否則會導致在絕緣子的金屬端頭上發生雷電閃絡。

（3）帶有間隙裝置的絕緣子的雷電沖擊放電電壓比普通的絕緣子要低，220kV的絕緣子要低3%，110kV的絕緣子要低5%。對于帶有間隙裝置的加長型絕緣子雷電沖擊放電電壓比標準的絕緣子水平略高。

四、結束語

雷電是再自然不過的現象，它的發生是不可預料的。但是，可以通過對它的活動進行分析與研究，找出它的發生規律，這樣就可以很好地預防雷電對輸電線路的損壞。這只是防止雷電事故的一部分，還得通過技術手段來對架空輸電線路復合絕緣子并聯間隙的防雷保護進行研究，并且找到一定的方法來防止雷害。

參考文獻：

[1]王黎明，廖永力，關志成.緊湊型輸電線路復合絕緣子軸向電場分布分析[J].高電壓技術，2009，35（8）：1862-1868.

[2]李瑞芳，吳廣寧，馬御棠，等.特高壓交流輸電線路耐雷水平相關因素研究[J].電瓷避雷器，2009，（3）：14-17，21.

[3]尹建輝，鄧常偉.關于架空輸電線路防雷保護的研究[J].廣東科技，2009，（10）：206-207.

[4]朱江利.架空輸電線路的防雷[J].科技信息，2009，（17）：322，329.

[5]陳錫陽，尹創榮，楊挺，等.110kV輸電線路并聯間隙防雷裝置的設計與運行[J].電力建設，2011，（6）：57-61.