線路避雷器的缺陷與對策分析

王樹軍 于長任

【摘 ?要】避雷器連接在線纜和大地之間，通常與被保護設備并聯(lián)。避雷器可以有效地保護通信設備，一旦出現(xiàn)不正常電壓，避雷器將發(fā)生動作，起到保護作用。當通信線纜或設備在正常工作電壓下運行時，避雷器不會產(chǎn)生作用，對地面來說視為斷路。一旦出現(xiàn)高電壓，且危及被保護設備絕緣時，避雷器立即動作，避雷器能夠吸收雷電的能量，從而限制電壓幅值[1]，保護通信線纜和設備絕緣。當過電壓消失后，避雷器迅速恢復原狀，使通信線路正常工作。

【關(guān)鍵詞】避雷器;斷路;保護設備;不正常電壓;限制電壓幅值;恢復原狀

The arrester is connected between the cable and the ground，usually in parallel with the protected equipment.The arrester can effectively protect communication equipment.Once abnormal voltage occurs，the arrester will act and play a protective role.When the communication cable or equipment operates under normal operating voltage，the arrester will not work and is regarded as a circuit breaker for the ground.Once a high voltage occurs and the insulation of the protected equipment is endangered，the arrester acts immediately，directing the high voltage impulse current to the earth，thus limiting the voltage amplitude and protecting the insulation of communication cables and equipment.When the overvoltage disappears，the arrester quickly restores to its original state，which makes the communication line work normally.

Key words：lightning arrester;circuit breaker;protective equipment;abnormal voltage;limiting voltage amplitude;restoring the original state

一、引言

資料統(tǒng)計結(jié)果表明，由于雷擊引起的輸電線路故障在全部線路故障中排列更高[2]，如圖1所示。本課題旨在研究改進避雷器設計，增加引線防風振設計，研制一種防風偏避雷器引線，改進連接方式結(jié)構(gòu)設計，研制一種避雷器連接部位固定裝置，從而在設計層面解決避雷器風振缺陷問題，為冀北地區(qū)輸電線路安全運行做出貢獻。節(jié)省改造成本、減少運維難度，保護電力設備免受雷擊跳閘，降低電力系統(tǒng)的運行風險，對冀北地區(qū)輸電線路的安全穩(wěn)定運行具有重要的意義。

二、目前避雷器缺陷分析

輸電線路避雷器是線路防雷的重要措施，是維持電力系統(tǒng)可靠，持續(xù)供電的重要環(huán)節(jié)[3]，特別是多雷害地區(qū)，隨著線路逐年增多，線路避雷器安裝數(shù)量也逐年增多，經(jīng)運行經(jīng)驗及線路避雷器事故典型案例分析來看，目前避雷器的設計缺陷及安裝方式存在一定的隱患，給線路運行安全造成重大威脅，目前，冀北地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)220kV線路由于安裝方法及避雷器本體問題造成的線路故障。通過對避雷器故障原因分析及大范圍110kV及220kV避雷器本體隱患排查分析，總結(jié)主要原因如下：

第一、現(xiàn)有避雷器存在部分設計缺陷：1.缺少引線防風振設計，導致避雷器引線由于風振問題經(jīng)常損壞斷開，造成避雷器部分功能失效，給設備運行造成隱患。2.避雷器本體與間隙絕緣子之間的連接方式結(jié)構(gòu)設計不合理導致本體與間隙之間在風振時無法保證良好連接。

第二、輸電線路避雷器廠家眾多，產(chǎn)品型式不一，型號眾多，避雷器限于桿塔型式的局限性及安裝的差異性，各地區(qū)、各廠家的避雷器安裝方式不統(tǒng)一，缺少統(tǒng)一的安裝方式，在實際安裝中安裝方式隨意性較大，安裝規(guī)范性差，安裝質(zhì)量參差不齊。

第三、不同廠家的線路避雷器各項安全尺寸各式各樣，缺少嚴格統(tǒng)一的安裝合格標準，導致安裝驗收難以分辨是否合格，驗收效果不佳。

本課題旨在研究改進避雷器設計，增加引線防風振設計，研制一種防風偏避雷器引線，改進連接方式結(jié)構(gòu)設計，研制一種避雷器連接部位固定裝置，從而在設計層面解決避雷器風振缺陷問題;研究避雷器的安裝過程，編制一套適應范圍廣、可操作性強、安裝效果安全可靠的避雷器安裝安裝標準化作業(yè)指導書，解決避雷器安裝不規(guī)范，安裝質(zhì)量差的問題;研究不同避雷器的結(jié)構(gòu)特性及安全尺寸特性，編制一套避雷器安裝合格標準及驗收規(guī)范，從而解決避雷器缺少嚴格統(tǒng)一的安裝合格標準問題。

針對冀北某地區(qū)線路避雷器（2010年-2017年）運行情況進行調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果如表1：

三、不同風振情況下的分析和對策實驗

針對以上存在的問題，我們進行了嚴密的實驗進行相關(guān)的分析論證，增加引線的固定點，研制球頭掛環(huán)連接裝置防脫落卡子，分析避雷器與導線夾角，避雷器與支撐絕緣子夾角，避雷器與支撐絕緣子所在平面與導線夾角之間的關(guān)系。通過實驗達到減少引線斷裂、掌握安全尺寸的范圍，制訂一套完整的安裝標準的目的，從而保證輸送線的正常運行，減少安全隱患，減少維護費用。

實驗分析

a.避雷器引線由于風振問題經(jīng)常損壞斷開，造成避雷器部分功能失效，給設備運行造成隱患。

改進避雷器引線與避雷器及計數(shù)表連接部位的連接方式，從而增加引線連接可靠性;將引線分段用絕緣子進行相關(guān)固定，減少引線的長跨度問題，加裝結(jié)構(gòu)合理的防振阻尼，從而減少風振能量，保護引線的連接。結(jié)合不同阻尼特性的防振阻尼進行實驗，得出連接方式及阻尼特性與風振損害的相關(guān)關(guān)系，從而改進避雷器引線的防風振性能。

b.避雷器和絕緣子串基本裝配結(jié)構(gòu)中均具備球頭與碗頭的配套組裝結(jié)構(gòu)，用以完成相關(guān)配合件的可靠裝配。實際工況中，由于通常輸變電設備都會布置于野外，在大風作用下，尤其是風力較大以至于使輸變電設備產(chǎn)生結(jié)構(gòu)震動時，極易導致球頭與碗頭的適配結(jié)構(gòu)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)損傷，嚴重的甚至會直接導致裝配結(jié)構(gòu)失效和組件脫落，給相關(guān)的輸變電線路穩(wěn)定可靠運行造成不利影響。

研制一種線路金具防脫裝置，包括與碗頭配合的前置體和后置體。

前置體與后置體間通過緊固件可靠固定并圍成可與碗頭外周面緊密貼合并套裝適配的空腔，通過緊固件將前置體和后置體可靠裝配，并使前置體和后置體分別貼合套裝于碗頭的外部和后部，從而在輸變電設備的后續(xù)使用過程中能夠有效保證碗頭和球頭的結(jié)構(gòu)可靠性。

避雷器與絕緣子的連接部位在能夠保證穩(wěn)定的同時還應能夠自由，為此T型卡子有一為球頭活動預留的豁口。保證球頭可以在安裝時有正常的角度，T型卡子的寬度能夠保證高出球頭掛環(huán)脫出的高度，即起到擋住球頭掛環(huán)脫落的目的。U型卡子中間有一防止銷子脫落的鐵塊。安裝時將銷子卡住防止脫落或變形、同時鐵堵頭具有防止卡子脫落的功能。連接螺栓為帶彈簧墊的防松螺栓，螺栓有開口銷子的插口。從而有效防止避雷器脫落和絕緣子串掉串等事故發(fā)生。

c.測量避雷器安裝后對桿塔橫擔距離，避雷器與導線夾角，避雷器與支撐絕緣子夾角，避雷器與支撐絕緣子所在平面與導線夾角等多組數(shù)據(jù)，以該數(shù)據(jù)為依據(jù)利用軟件建模，模擬不同尺寸下的風振特性，得出能夠保證避雷器在長期風振下安全的各個尺寸數(shù)據(jù)，制訂標準化工作流程，能夠保證避雷器安裝質(zhì)量的目的。

d.組建研究團隊全程跟蹤承德地區(qū)110kV及220kV技改大修項目的避雷器安裝過程，以圖象，視頻的形式記錄避雷器的安裝過程及安裝工藝，研究不同型號避雷器，在輸電線路不同塔形的安裝過程，分析不同安裝流程與安裝效果的關(guān)系，保證避雷器安裝質(zhì)量的目的。

四、在冀北工程中的實際應用：

在冀北××線××工程中嚴格按照避雷器施工標準化作業(yè)指導書以及嚴格把控避雷器與支撐絕緣子所在平面與導線夾角進行安裝，并對引線進行多點固定，在帶間隙式避雷器和絕緣子串安裝球頭掛環(huán)連接裝置防脫落卡子;目前運行穩(wěn)定，有效防止避雷器脫落和絕緣子串掉串，防止發(fā)生引線風振斷線導致避雷器失效，防止發(fā)生避雷器風偏損壞造成輸電設備故障，防止避雷器因安裝不合格而導致風偏不穩(wěn)固的問題，提高了避雷器風振安全穩(wěn)定性，提高了輸電設備的安全穩(wěn)定性，減少避雷器故障導致的停電，保證輸電線路供電安全，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

五.創(chuàng)新成果推廣方向

創(chuàng)新成果分為四部分，避雷器連接引線成果適用于所有110kV及220kV輸電線路避雷器，可推廣應用于所有風偏嚴重地區(qū)的輸電線路避雷器，同時該引線對避雷器本體、附件及安裝不產(chǎn)生影響，便于推廣應用與所有避雷器生產(chǎn)廠家及輸電線路運維單位。避雷器連接固定裝置對避雷器避雷器本體、附件及安裝不產(chǎn)生影響，本裝置僅需加裝與避雷器固定連接部位，同時該固定裝置成本低，可靠性高，適應性強，便于推廣應用于存在避雷器風振地區(qū)已安裝避雷器輸電線路及新安裝避雷器線路。避雷器安裝標準化作業(yè)指導書能夠為避雷器安裝提供標準化作業(yè)指導，具有適應性強，通用性高，能夠推廣于避雷器安裝施工標準化作業(yè)中，規(guī)范避雷器安裝流程，保證避雷器安裝質(zhì)量。避雷器安裝合格標準規(guī)范能夠為避雷器安裝是否合格提供檢驗依據(jù)，推廣于避雷器施工安裝驗收中，保證避雷器安裝驗收合格，防止避雷器安裝不合格導致風偏損壞故障。

結(jié)合承德地區(qū)避雷器及絕緣子缺陷的特點，制作了新制作的球頭掛環(huán)連接裝置防脫落卡子，實用性強。特別適用于風害較嚴重的地區(qū)，如壩上大風地區(qū)，微地形等 特殊區(qū)段適用，可有效避免球頭掛環(huán)與碗頭掛板脫落故障。可在所有架空輸電線路上應用、適用范圍較廣。

六、結(jié)論

通過在冀北（承德）地區(qū)進行不同方式模擬的防風振實驗。得出以下結(jié)論：

目前研制的球頭掛環(huán)連接裝置防脫落卡子可有效防止避雷器脫落和絕緣子串掉串，且效果良好，可大規(guī)模推廣。

綜合考慮標準的安裝流程和安全尺寸的規(guī)范化可以保證避雷器的安裝效果更好，并對引線防范風振起到一定的作用。可以有效的減少相關(guān)故障的出現(xiàn)，減少相關(guān)的維修和故障排查的高額費用，避免了相關(guān)區(qū)域停電造成各工作的暫停，避免了因為緊急停電造成的安全事故的發(fā)生。

參考文獻：

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（作者單位：國網(wǎng)冀北電力有限公司承德供電公司）