突破關鍵技術確保1000KV特高壓避雷器可靠運行

閆亮宇

【摘? 要】文章介紹了避雷器的結構及主要技術參數，闡述了1000kV特高壓避雷器的關鍵技術：保護特性、老化特性、機械特性、電流分布、電壓分布、能量吸收能力及瓷套的整體成型和噪聲及表面電場強度的控制。

【關鍵詞】特高壓;氧化鋅避雷器;電壓分布：抗震試驗;壓力釋放能力;電場強度

隨著我國經濟的持續、高速發展，電力能源供求矛盾日趨尖銳。跨區域、大容量、長距離輸電工程迎來了快速發展的時期。避雷器是電力系統中重要的保護設備，能夠限制系統的過電壓，降低系統的絕緣水平。廣泛應用于各個電壓等級的電力系統中，極大地提高了電力系統的穩定性。由于1000kV特高壓系統電壓等級很高，相關設備制造的體積和造價及其運行的可靠性，在很大程度上取決于系統的絕緣水平，因此研制性能優異的避雷器，對于建設技術先進、經濟、運行可靠的特高壓電網具有深遠而重大的意義。

根據國家電網公司《1000kV系統用瓷外套無間隙金屬氧化物避雷器技術規范》，撫瓷公司對1000Kv特高壓系統用氧化鋅避雷器進行設計、研制，對1000kV避雷器的關鍵技術：保護特性、老化特性、機械特性、電流分布、電壓分布、能量吸收能力及瓷套的整體成型，噪聲及表面電場強度的控制等多方面進行了分析、研究;結合我廠已生產供貨的500、750kV避雷器技術特性，制定了1000kV超高壓系統用的氧化鋅避雷器的設計方案及生產工藝流程。

1 1000kV避雷器結構特點

避雷器總高13125mm，元件高度2360mm，瓷件為大小傘、傘下無棱光傘結構。最大外傘徑φ750mm，總重7500kg。避雷器由5節相互獨立元件串聯組成，每節元件之間由墊板隔開，避雷器上部裝有一均壓環，下部通過絕緣底座與基礎相固定。均壓環為四環三層結構，材質為鋁合金。最大環外徑φ3660mm，下潛深度2300mm，鋁管外徑φ200mm。

避雷器元件內部采用φ136mm電阻片四柱并聯結構，每節元件內的四柱電阻片由均流連接板將其分成5組;每組由8-9片串聯4柱并聯，以保證電流分布系數小于1 08。避雷器用瓷套內徑m500mm，外徑φ600mm：大傘伸出75ram、小傘伸出55mm、傘間距80mm，單節最小爬電距離6600mm，避雷器爬電距離不小于330000mm。

2 1000kV避雷器關鍵技術

2.1 高性能電阻片的應用

由于1000kV避雷器用電阻片對通流能力、伏安特性、壓比性能等均要求較高，針對這些特點，采用了新的電阻片配方，配方組成上減少了影響通流能力的不良組分，合理優化各組分元素的添加量，制定合理的制作工藝，使配方各方面性能有了很大提高。

氧化鋅電阻片直流1mA參考電壓電位梯度的提高（每毫米240～260V）有效降低了電阻片的壓比，增加了單個電阻片的能量吸收能力。電位梯度的提高減少了電阻片的數量，使避雷器的本體電容量增加，這對避雷器的電位均勻分布是有利的：

（1）氧化鋅電阻片壓比的降低，撫瓷公司依據現有氧化鋅避雷器所用的高性能配方為基礎再進行調整和完善，最墊達到了K20kA3。

（3）通過改進避雷器電阻片的熱處理等工序的工藝，結合調整配方，使電阻片的老化特性得到了改善。試驗結果電阻片通過了荷電率為95%、時間1000h、溫度115℃的加速老化試驗，老化系數為0.8。

2.2 避雷器電位分布均勻

避雷器電壓分布直接影響避雷器的使用毒命。由于避雷器的總高達到13米，這使其對地的雜散電流更不均勻，如何并聯補嘗電容，使其電壓分布均勻就尤為重要。另一方面，由于采用高梯度電阻片使避雷器所需電阻片串聯數量減少很多和四柱電阻片并聯的結構，從而避雷器的本體的電容量大大增加，減小了雜散電流對避雷器本體的影響，這對避雷器的電位分布是有利的。這也是為什么1000kV進雷器的電位不均勻系數比500kV、750kV避雷器小的原因。

2006年10月在東北電科院戶外試驗場進行了避雷器的電位分布實測，試驗方法為光纖一電流法。實驗結論：K=0.068符合1000kV系統用瓷外套金屬氧化物避雷器技術規范中帶均壓電容的避雷器電壓分布不均勻系數不應大于0.15的要求。

2.3 電流分布均勻

為降低被保護設備的絕緣水平和避雷器高吸收能量的要求，避雷器設計成四柱電阻片柱并聯的結構。由于采用多柱電阻片并聯，能量在每個柱之間的平均分配是避雷器穩定運行的關鍵問題之一。電阻片制造工藝的因素，電阻片的伏安特性存在一定的差異。因此要保證避雷器整體的吸收能量必須使避雷器吸收的能量在各柱之間均勻分擔。因為所有電阻片柱上的電壓都相同，所以能量的分配等于電流的分配。由于制造的偏差，各柱之間的電流會有一定的差別，避雷器殘壓最低的柱會吸收比其它柱更多的能量，但通過大量的試驗驗證，電阻片配組時只要考慮每組電阻片U1mA值盡量相同（可控制在0.6%以內），電流均勻分布系數β可控制在1.06以內。

2.4 避雷器通過地震烈度為8度的抗震試驗

1000kV避雷器外形高大、自重達7500kg，設備的機械性能和抗震性能就顯得尤為重要。產品所用瓷外套是由撫瓷公司自行研制的整體成型瓷套，瓷套外根徑φ600mm，壁厚50mm最小可以承受抗彎強度300kN·m。2010年11月在中國建筑科學研究院試驗基地進行了避雷器抗震試驗。避雷器為無隔震結構，地震烈度8度水平加速度0.18g、垂直加速度0.12g，地震波為正弦、共振拍波。

2.5 避雷器的噪聲及表面電場強度

隨著電壓等級的不斷提高，噪聲及電場干擾越來越受到重視。撫瓷公司避雷器采用φ200mm的大管徑均壓環有效的降低噪聲及電場干擾。產品結構與西安交通大學進行避雷器表面場強及距地面1.5m最大場強計算驗證。計算結果完全滿足國網公司所提的標準，結論如下：

（1）在施加635kV最大相電壓的情況下，均壓環表面電場強度最大為11.2kV/cm在最下環。因此，均壓環表面電場強度在最大運行相電壓時是非常低的，不會產生電暈或者放電，因此是安全可靠的。

（2）各閥片承擔電壓是比較均勻的，避雷器閥片的電場強度最大值為0 79kV/cm，因此閥片的工作條件是安全可靠的。

（3）瓷套表面最大切向電場強度值為1.79kV/cm，小于4kV/cm。這對于瓷外套絕緣來說是能夠避免閃絡發生的，因此從瓷套的角度來講，該氧化鋅避雷器是可以安全可靠運行的。

（4）在目前的結構尺寸下，當此氧化鋅避雷器正常運行時，在1.5m高處的電場強度最大值為9.356kV/m，滿足了小于10kV/m的要求。

3 結論

通過對1000kv避雷器用高性能電阻片多處并聯情況下的保護性能、老化性能、電流分布特性和產品整體的點位分布、抗震性能、壓力釋放、避雷器表面噪音和電場強度等方面的研究，掌握了1000kV避雷器用高性能電阻片的研制技術，能夠研制出滿足特高壓交流系統用避雷器。

參考文獻：

[1]國家電網，公司.1000kV交流特高壓試驗示范工程主設備技術條件書IP-10[S].2006

[2]洱勝昌，郭潔.1000kV交流系統用氧化鋅避雷器三維電場計算報告[R]2007.