500kV線路型避雷器雷擊塔頂特性研究

李慶玲

(青島港灣職業(yè)技術學院，山東 青島 266404)

1 研究模型

避雷器YHCX20W－396/1050為研究對象，圖1是雷擊中塔頂時的示意圖，三相導線分別為A、B、C，避雷線分別為1和2，雷擊在塔頂與避雷線1相連處。

圖1 雷擊塔頂示意圖

2 仿真計算

2.1 避雷器裝設方式不同時，導線的耐雷水平

(1)耐雷水平的計算，在沒有裝設避雷器時

圖2～圖4是雷電擊中塔頂情況下，木有安裝避雷器時，接地電阻不相同的時侯，計算絕緣子上的過電壓幅值情況。

圖2 接地電阻是10Ω時，當154kA雷電流擊中塔頂時，絕緣子上的電壓

圖3 擊中塔頂雷電流為154kA時，接地電阻為20Ω時，絕緣子上的電壓

圖4 145kA雷電流擊中塔頂時，接地電阻是30Ω時，絕緣子上的電壓波形

(2)若導線上沒有安裝避雷器時，雷擊塔頂?shù)哪屠姿接嬎悖姳?

表1 雷電擊中塔頂時，耐雷水平情況，沒有安設避雷器時

3 A相加裝一支避雷器時，雷擊塔頂?shù)哪屠姿?如表2所示)

從上圖可以看到，當桿塔檔距分別是300m、350m、400m的時候，雷電擊中相鄰桿塔的絕緣子均不會發(fā)生閃絡。由表2可以知道，在A相(邊緣相)裝設一支避雷器之后，雷擊塔頂?shù)哪屠姿綍斜容^大的提高，首先閃絡的絕緣子總是C相絕緣子。圖5是雷電擊中塔頂時，塔頂電位和導線上的感應電壓，在A相上安裝了避雷器。

表2 當A相安裝一支避雷器時，雷擊塔頂時的耐雷水平的計算

從上圖可以得知，塔頂電位很高，經(jīng)過大約3μs后，電壓進入一個波谷，那是由于雷電波在相鄰桿塔的折返射造成的。因此，從理論角度來分析，如果在相鄰桿塔上安裝了避雷器，而被擊桿塔上則沒有裝設避雷器，被擊桿塔是不能被保護的，因為，相鄰桿塔上避雷器的限壓作用在3μs左右以后才能反映到被擊桿塔過電壓值上，而被擊桿塔上過電壓的峰值出現(xiàn)在0.3μs左右，因此，被擊桿塔的最大過電壓峰值已過。圖9是相鄰桿塔的塔頂和導線的對地電位，C相絕緣子上的電位總是最高，最先閃絡。

圖6 當雷電擊中塔頂時，避雷線上的電壓波形

圖7 導線上的電壓波形，當雷電擊中塔頂時

圖8 當雷電擊中塔頂時，絕緣子上的電壓波形

圖11是相鄰桿塔上，絕緣子上的電壓，從圖可以看出，此時A相絕緣子上的電壓幅值最高，這是由于雷電波到達相鄰桿塔時，避雷線上的電位已經(jīng)降低了很多，甚至比導線上的電位更低，絕緣子上的電壓差等于導線電位減去避雷線上的電位。此時只要考慮A相是否閃絡即可。

圖9 在相鄰桿塔處，當雷電擊中塔頂時，避雷線上的電壓波形圖

圖10 當雷電擊中塔頂時，在相鄰桿塔處，導線上的電壓波形

圖11 在相鄰桿塔處，絕緣子上的電壓波形，當雷電擊中桿塔時間

2.2 保護檔距的計算

(1)A相安裝一支避雷器時，保護檔距的計算

從計算得知，在A相工頻電壓相位為90°時，被擊桿塔的耐雷的水平最高(均在220kA)以上，以此角度計算保護檔距。因為被擊桿塔只能耐受220kA雷電流，因此對相鄰桿塔的保護作用最大也只計算到220kA。

表3 A相(邊緣相)加裝一支避雷器時，保護檔距不相同時，相應的耐雷水平計算(kA)

從表3可以知道，避雷器對于臨近桿塔的保護作用，當接地電阻較大時，保護作用才更好。這是由于避雷線與桿塔連接，雷電流中的大部分從桿塔流入大地，導致下一級桿塔時，避雷線電位更低。接地電阻較小時，避雷線電位較低，絕緣子上的電位差就越大。

(2)三相均安裝避雷器時，耐雷水平的計算

三相均安裝一支避雷器時，雷電擊中裝有避雷器的桿塔時，都不會造成絕緣子閃絡，無論雷電流是多大，此時應考慮避雷器的能量吸收能力，最大允許通過雷電流幅值。在實際運行中，雷電流幅值超過300kA的概率是非常小的，計算中采用300kA的雷電流雷擊安裝三支避雷器塔頂，計算此時流過避雷器的電流的最大值，避雷器吸收的能量。

表4 當安裝三支避雷器時，雷擊塔頂時的耐雷水平

表5 雷擊安裝三支避雷器的相鄰桿塔時，耐雷水平的計算(單位kA)

在相鄰桿塔裝設了三支避雷器的情況下，接地電阻的大小對耐雷水平的影響是比較大的，而檔距在300～400m范圍內變化時，對導線耐雷水平基本上木有影響。

3 結論

(1)在雷電擊中桿塔塔頂情況時，木有安裝避雷器時，以及接地電阻阻值發(fā)生變化，相位角也發(fā)生變化時，耐雷水平在134～160kA之間時，發(fā)生閃絡的可能性每一相均會有。

(2)在A相(邊緣相)加裝了一支避雷器之后，當接地電阻阻值發(fā)生變化，以及相位角變化情況下，耐雷水平可以抬高到186～225kA之間，并可以有效地提高相鄰桿塔的耐雷水平。避雷器吸收的能量與能量吸收能力相比是非常小的，可以不用考慮能量耐受的情況。

(3)三相各自安裝了避雷器之后，當雷電擊中安裝避雷器桿塔的塔頂時，一般不會造成絕緣子的閃絡，但是當接地電阻的阻值比較大的時候，避雷器吸收的能量也會比較大。

(4)當三相安裝了三支避雷器之后，緊鄰桿塔的耐雷水平均會有比較大程度的升高。

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