淺談架空電力線路的過電壓保護

薛廣達 崔繼婷 趙瑞玲

國網山東鄆城縣供電公司 山東鄆城 274700

摘要：在電力系統中，由于內部或外部的原因，使電壓突然升高，超過或遠遠超過電氣設備的運行額定電壓，即稱為過電壓。本文首先說明了架空電力線路過電壓的分類，然后闡述了可控放電線路型過電壓保護器的應用，最后探討了限制架空線路過電壓的措施。

關鍵詞：架空電力線路；過電壓；保護；直擊雷

一、架空電力線路過電壓的分類

（一）內部過電壓

1、工頻過電壓

在三相中性點不接地系統中，發生單相接地時，非故障相對地電壓升高倍。此時，不需要采取特殊措施進行防護。

2、操作過電壓

電力系統因操作而使運行方式發生變動，致系統內部電磁能量的振蕩，相互轉換和重新分布產生過電壓。一般發生在投入或退出空載變壓器、空載線路、并聯電容器的情況下產生。

3、間隙接地過電壓

在中性點不接地系統中，發生單相弧光接地時產生的間隙性的電弧，會在線路上引起高頻振蕩過電壓，其過電壓值一般不超過3.5倍相電壓。

4、諧振過電壓

在交流電路中，當電感元件與電容元件串聯且感抗等于容抗時，會發生諧振過電壓，此時電容元件上會出現很高的過電壓。諧振過電壓的幅值一般不超過2.5倍相電壓。

（二）外部過電壓

1、直擊雷過電壓

高出地面幾米至數十米的電力線路，導線對大地來講，完全成為尖端，所以雷往往直擊到線路等電氣設備上，造成電氣設備或線路上絕緣擊穿而損壞。

2、感應雷過電壓

雷云在先導放電的過程中，由于靜電感應原因在電力線路的導線上積聚了大量與雷云極性相反的電荷。當雷云從先導放電發展到主放階段而對地放電時，線路上被束縛的電荷被釋放，形成了向線路兩端以光速流動的自由電荷，從而產生很高的感應過電壓。

二、可控放電線路型過電壓保護器的應用

理論研究和試驗研究結果表明：非線性過電壓保護技術能有效截斷工頻續流、抑制雷電過電壓、不承受工頻電壓、免維護；可控放電避雷針作為主動防雷技術，具有保護范圍大、繞擊率低、放電電流小、感應過電壓低等優點。

由于架空避雷線的保護范圍存在屏蔽失效區，對已進入桿塔側面的雷電先導，架空避雷線已不能對導線屏蔽保護。由擊距公式：

（1）

（2）

式中，I為雷電流幅值，kA；rs為先導擊距，m；rsm為繞擊最大擊距，m；hb、hd分別為避雷線、導線平均高度，m；α為避雷線保護角；可見，由輸電線路hd、hb及α所決定的rsm，在桿塔本身固有參數已知下，使臨界繞擊雷電流幅值Ism和桿塔屏蔽失效區域隨之確定。此時，如采取側向可控放電避雷針有效屏蔽已確定的最大繞擊擊距下的桿塔繞擊暴露區域，就能達到主動防止雷電繞擊的目的。

在應用主動防雷技術的同時，引入非線性過電壓保護技術作為暫態過電壓第2重保護，當架空線路上不論何種原因引起過電壓導致閃絡時，如將電弧形成的金屬性短路通道引向非線性限流元件，并由該元件迅速截斷電弧和截斷接蹤而來的數十kA工頻續流，就能防止線路因雷直擊或感應及操作過電壓引發的跳閘和斷線等運行故障。

1.主動防雷

在放電針頭8和非線性限流元件6與7串聯后接地，作為可控放電避雷針，并將其水平安裝在架空絕緣線路的側面以彌補架空避雷線保護屏蔽失效區域的防雷范圍。當線路周圍雷電活動形成的空間場強較低，或雷電先導沒有足夠逼近架空絕緣線路時，限流元件截斷，放電針頭處于電位浮動狀態，周圍大氣電位差較小，不發生電暈放電；一旦周圍雷云場強上升可能會對保護器所保護的線路發生雷閃，施加在限流元件上的電壓升高到其動作電壓時，限流元件瞬間變成有效接地體，放電針針尖電場瞬間上升數百倍，針尖附近空氣迅速放電，形成很強的上升電荷脈沖，迎接雷云先導，將雷電能量通過限流元件直接引向大地泄放，避免雷云對線路發生閃擊，有效防止雷云對線路發生繞擊。

2.快速截斷工頻續流、抑制過電壓

在限流元件6的頂端水平固定引流環5，在絕緣導線1和引流環5間形成串聯空氣間隙。當架空絕緣線路發生過電壓閃絡時，串聯間隙先被擊穿，過電壓直接作用在限流元件上，暫態電流通過限流元件迅速流向大地；當暫態電流瞬間釋放后，加在串聯間隙上的電壓降低至限流元件額定電壓以下，限流元件在瞬間恢復成高阻狀態。由于氧化鋅非線性伏-安特性和陡波特性，始終將過電壓限制在設計電壓下，并快速截斷金屬性電弧短路通道和工頻續流，有效保護線路和電氣設備免受過電壓擊穿或損壞，同時，有效防止架空絕緣導線因工頻續流弧根高溫而熔斷。

綜上所述，可控放電線路型過電壓保護器具有主動防雷和抑制過電壓、快速截斷工頻續流等多重保護功能：一方面，有效防止雷電對線路發生繞擊雷害，克服了現有避雷針和消雷器等各種保護措施普遍存在的招雷、引雷的缺陷，主動保護作用更有效、安全、可靠；另一方面，不論架空輸配電線路由于雷擊、操作等原因產生暫態過電壓，甚至發生絕緣子閃絡，該保護器借助于閉合引流環和非線性可控放電限流元件，始終保護架空輸配電線路避免發生斷線、跳閘等運行故障。

三、限制架空線路過電壓的措施

（一）內部過電壓的限制措施

1、操作過電壓的限制措施

（1）通常開關中增加一個并聯電阻和一對輔助觸頭。

（2）裝設避雷器也是限制操作過電壓很重要措施。

2、避免間歇性弧光接地過電壓的措施是采用消弧線圈或電阻接地方式。

3、避免諧振過電壓的措施

（1）選用勵磁特性較好、飽和點高的電磁式電壓互感器。

（2）在電壓互感器開口三角形繞組上裝設燈泡（6-l0kv電網接200W燈泡）或者專用消諧器

（3）在電壓互感器一次繞組的中性點上裝設專用消諧器。

（二）外部過電壓的限制措施

1、裝設避雷針

裝設避雷針是防止直擊雷的有效方法。避雷針可用來保護露天的配電裝置電力線路。就其本質而言，避雷針不是避雷，而是利用其高聳空中的位置條件，把雷電引向自身，承受雷擊，把雷電流泄入大地，從而保護其他設備不受雷擊。

2、架設避雷線

架設避雷線是供電線路防雷保護的最基本和最有效的措施。避雷線的主要作用是防止雷直擊導線，同時還具有以下作用：

（1）分流作用，以減小流經桿塔的雷電流，從而降低塔頂電位；

（2）通過對導線的禍合作用可以減小線路絕緣子的電壓；

（3）導線的屏蔽作用還可以降低導線上的感應過電壓。

3、裝設避雷器

避雷器是一種能釋放過電壓能量限制過電壓幅值的保護電器。金屬氧化物避雷器的應用：在安裝前進行直流1mA參考電壓試驗，或進行絕緣電阻的測量，對10kv避雷器用2500V絕緣電阻表測量，絕緣電阻不低于1000MΩ。合格后方可安裝。

4、降低桿塔接地電阻

降低桿塔接地電阻可以減小雷擊桿塔時的電位升高，這是配合架設避雷線所采取的一項有效措施。標準要求，有避雷線的線路，每基桿塔的工頻接地電阻在雷季干燥時不宜超過相關數值。

5、裝設自動重合閘裝置

由于線路絕緣具有自恢復性能，大多數雷擊造成的閃絡事故在線路跳閘后能夠自行消除。因此，安裝自動重合閘裝置對于降低線路的雷擊事故率具有較好的效果。據統計，我國110kv及以上的高壓線路重合閘成功率達75%一95%，35kv及以下的線路成功率約為50%一80%。

結語

綜上，架空線的過電壓保護從工程設計階段就要認真加以考慮，應根據本地的實際情況，采取切實可行的防雷方案，選用質量可靠的電氣設備和可靠性高的防雷設備，同時，真正按照等電位的原則，做好符合要求的共用接地網，綜合考慮防雷與接地，只有這樣，供電線路和設備才能避免遭受雷擊。

參考文獻：

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[2]左新燕.淺析過電壓保護措施的正確選擇[J].農村電工.2013（09）