線路避雷器的保護(hù)范圍及影響因素

曹峻峰

（大連依諾維電氣有限公司，遼寧 大連 116000）

線路避雷器的保護(hù)范圍及影響因素

曹峻峰

（大連依諾維電氣有限公司，遼寧 大連 116000）

文章以國家規(guī)程中的簡化法確定保護(hù)范圍為基礎(chǔ)，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行中的配值，帶入避雷器及其保護(hù)設(shè)備的具體參數(shù)，計(jì)算推導(dǎo)線路避雷器的保護(hù)范圍以及影響因素，進(jìn)而得出相應(yīng)理論數(shù)值及結(jié)論供大家參考。

輸電線路；避雷器；保護(hù)范圍

避雷器被廣泛應(yīng)用于電力、冶金、石油、化工等大規(guī)模用電系統(tǒng)行業(yè)中。在設(shè)計(jì)避雷器配置過程中，諸如避雷器的額定運(yùn)行電壓、雷電沖擊殘壓、方波通流、標(biāo)稱放電電流等已是大家較為熟悉的參數(shù)。在避雷器安裝密度方面，也多以隔桿投放的排列方式為主，對于雷電頻繁地區(qū)則以加密避雷器的方法予以解決，即為每桿一組避雷器的排列方式。可是當(dāng)我們討論到避雷器的具體保護(hù)范圍以及隔桿投放的合理性時(shí)，則無法對其給出相對精確的解釋，只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)而論。

1　線路避雷器保護(hù)范圍的計(jì)算方法

對于線路避雷器保護(hù)范圍的計(jì)算方法，國標(biāo)GB11032-2010《交流無間隙金屬氧化物避雷器》中并沒有針對此項(xiàng)的規(guī)定，其標(biāo)準(zhǔn)主要是以避雷器本身特性為基礎(chǔ)，進(jìn)而規(guī)范行業(yè)內(nèi)相對應(yīng)的檢測及實(shí)驗(yàn)。而對于避雷器保護(hù)范圍的計(jì)算方法，目前僅有國家機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/ T 5894-1991《交流無間隙金屬氧化物避雷器-使用導(dǎo)則》附錄B中有所規(guī)定。但是就標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容而言，其中公式B1中的距離系數(shù)DF、公式B2中的常數(shù)K以及公式B4中的安全系數(shù)SF，均沒有給出明確的取值或取值范圍參考表，僅給出模糊因素（具體內(nèi)容見該標(biāo)準(zhǔn)19頁～20頁）。進(jìn)而使得避雷器保護(hù)范圍的理論計(jì)算值出現(xiàn)了較大的選擇區(qū)間，方案設(shè)計(jì)的合理性也會(huì)因此出現(xiàn)較大的偏差，從而影響輸電線路安全運(yùn)行。

2　線路避雷器保護(hù)范圍的取值

通過上述依據(jù)我們可知，國家標(biāo)準(zhǔn)中對于避雷器保護(hù)范圍的具體計(jì)算方法仍然存在一些不確定因素，因此，下面我們將針對這些界限模糊的常數(shù)作進(jìn)一步的推導(dǎo)計(jì)算，盡可能的縮小其范圍，從而提高實(shí)際設(shè)計(jì)中理論推導(dǎo)計(jì)算的精準(zhǔn)度。下面我們以10kV系統(tǒng)為例，具體推導(dǎo)公式中那些不確定的常數(shù)。

機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 5894-1991附錄B中給出，DF=UOV/UP，DF=1+KLe/UP。其中：DF為距離系數(shù)；UOV設(shè)備上的過電壓峰值；UP避雷器雷電沖擊殘壓的比值；Le避雷器與被保護(hù)設(shè)備之間的連接線有效長度；K為常數(shù)。通過兩式得到邏輯關(guān)系：UOV=UP+KLe。式中Le=L+a1+a2，L為被保護(hù)設(shè)備高壓端至避雷器高壓導(dǎo)體連接點(diǎn)的距離；a1為避雷器高壓導(dǎo)體的長度；a2為避雷器接地導(dǎo)體的長度。

根據(jù)國家電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》第十章，表19電壓范圍Ⅰ電氣設(shè)備選用的耐受電壓中，設(shè)備雷電沖擊耐受電壓項(xiàng)目下可以查到變壓器的雷電耐受電壓為60kV。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB11032-2010《交流無間隙金屬氧化物避雷器》附錄J，表J.10典型的線路避雷器參數(shù)中可查到10kV線路避雷器雷電沖擊電流殘壓為50kV。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50061-2010《66kV及以下架空電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范》第五章，表5.2.4導(dǎo)線或地線平均運(yùn)行張力上限及防振措施中，檔距和環(huán)境狀況項(xiàng)目下可查到66kV及以下長距離輸電線路平均擋距一般在120～500m之間，平均桿塔安全高度在4.5～5.5m之間。根據(jù)避雷器安裝經(jīng)驗(yàn)可知a1+a2的長度可近似等于桿塔平均高度。因此，這里通過折中考慮的方法我們可以保守估計(jì)避雷器與被保護(hù)設(shè)備或線路之間的連接線平均有效長度約在315m左右。

進(jìn)而整理后帶入上述邏輯關(guān)系中，可進(jìn)一步縮小常數(shù)K的平均取值范圍，通過計(jì)算可得出K≈0.032。最后，將上述常數(shù)K帶入公式B6可推算出10kV線路避雷器保護(hù)范圍為：

式中：Urw——設(shè)備的雷電沖擊耐受電壓（以10kV變壓器為例，Urw等于UOV）；SF——安全系數(shù)（以10kV變壓器為例，安全系數(shù)近似為1）。

通過計(jì)算可得10kV線路避雷器保護(hù)范圍為平均值為：

此計(jì)算結(jié)果略小于我們之前計(jì)算時(shí)所帶入的避雷器與被保護(hù)設(shè)備或線路之間的連接線平均有效長度315m。因此，通過上述一系列推導(dǎo)我們可知，10kV系統(tǒng)常規(guī)型號線路避雷器，在設(shè)計(jì)使用過程中采用隔桿投放的方式是存在一定風(fēng)險(xiǎn)的，即輸電線路擋距大于312.5m時(shí)避雷器會(huì)出現(xiàn)保護(hù)死角。在環(huán)境惡劣、雷電活動(dòng)頻繁等特殊地區(qū)需予以重視，盡量不采用隔桿投放的設(shè)計(jì)方式，或更換高性能特殊型號避雷器加強(qiáng)保護(hù)。

3　線路避雷器自身性能對其保護(hù)范圍的影響

根據(jù)上述推導(dǎo)結(jié)論我們可知，10kV系統(tǒng)所用的常規(guī)型號線路避雷器，在設(shè)計(jì)時(shí)采用隔桿投放的排列方式是無法對擋距大于312.5m的輸電線路實(shí)現(xiàn)無死角保護(hù)的。想要徹底解決該問題，可以從兩方面著手：①加密避雷器的方法，采用每桿投放的排列方式；②提高避雷器性能的方法，采用保護(hù)范圍較大的避雷器。每桿投放避雷器對于設(shè)計(jì)而言固然操作簡單，但在實(shí)際應(yīng)用上無法給線路保護(hù)帶來更大的提高，并且隨著安裝避雷器數(shù)量成倍增加，設(shè)備成本、施工費(fèi)用以及工期也隨之提高。相比之下采用高性能避雷器則是更優(yōu)的設(shè)計(jì)理念，目前國內(nèi)所生產(chǎn)的高性能低殘壓避雷器在雷電過電壓保護(hù)方面提高的同時(shí)亦增大了對輸電線路的保護(hù)范圍。下面我們以10kV系統(tǒng)，YH5WS-17/41D型低殘壓避雷器為例具體說明。

根據(jù)避雷器型號參數(shù)我們可知，避雷器雷電沖擊電流殘壓為41kV，帶入上述公式計(jì)算可得10kV線路低殘壓避雷器保護(hù)范圍為平均值為：

通過計(jì)算結(jié)果我們可知，低殘壓避雷器的保護(hù)范圍是常規(guī)避雷器的1.9倍，因此，在設(shè)計(jì)安裝時(shí)采用每隔2桿投放一組低殘壓避雷器的方式（避雷器與被保護(hù)設(shè)備或線路之間的連接線平均有效長度小于等于395.8m時(shí)）或采用每隔3桿投放一組的方式（避雷器與線路之間的連接線平均有效長度小于等于296.8m時(shí)），即可實(shí)現(xiàn)對輸電線路無死角的保護(hù)。不但提高了對線路雷電過電壓的保護(hù)性能，還增大了對線路的有效保護(hù)距離，從而達(dá)到線路保護(hù)全面提高的目的。在雷擊頻發(fā)地區(qū)更應(yīng)予以設(shè)計(jì)采用。

4　結(jié)束語

最終的結(jié)論如下：①對于常規(guī)型號線路避雷器而言，通常在設(shè)計(jì)中所使用的隔桿投放方式是存在一定風(fēng)險(xiǎn)的，對于雷電活動(dòng)頻繁的地區(qū)容易發(fā)生由雷電流釋放不及時(shí)所導(dǎo)致的輸電線路損壞、停電等事故；②采用加密避雷器的方法在普遍地區(qū)是十分有效的，但因?yàn)槠涔こ塘肯鄬^大，成本亦較高，新建項(xiàng)目不推薦使用；③采用性能較高的低殘壓避雷器可以增大對輸電線路的保護(hù)范圍，提高線路運(yùn)行的可靠性。常規(guī)情況下，每隔2～3桿投放一組即可達(dá)到線路的無死角保護(hù)；④國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的避雷器設(shè)計(jì)原則是針對普遍性問題的。如果按照特殊的雷電易擊段或雷電活動(dòng)頻繁的區(qū)域統(tǒng)一制定標(biāo)準(zhǔn)，勢必造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。僅從這點(diǎn)出發(fā)考慮，國家標(biāo)準(zhǔn)中的避雷器參數(shù)選擇是相對合理的。

［1］交流無間隙金屬氧化物避雷器使用導(dǎo)則［S］.JB/T5894-1991.

［2］交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合［S］.DL/T620-1997.

［3］交流無間隙金屬氧化物避雷器［S］.GB11032-2010.

［4］李景祿.配電網(wǎng)防雷保護(hù)的分析與研究［J］.高電壓技術(shù)，2004，（4）.

TU895

A

1671-3818（2016）09-0094-02