腕臂絕緣子用外串聯間隙避雷器的選擇研究

劉素芳 陳康 亓兆全

摘 要 本文主要針對腕臂絕緣子的雷電防護進行研究，確定了避雷器的結構及本體的參數，并通過對絕緣子及避雷器雷電放電特性進行試驗探究，最終確定避雷器的間隙距離，從而確定腕臂絕緣子用避雷器的整體結構，并以此可作為其他絕緣子選用避雷器的一種依據。

關鍵詞 絕緣子;串聯間隙金屬氧化物避雷器;雷電放電性能;間隙距離

引言

隨著我國經濟持續快速的發展，人民生活水平的不斷提高，在“十五”期間，國家就把“發展城市軌道交通”列入國發經濟“十五”計劃發展綱要，隨著城市化率不斷提高，截止2015年末，我國城市軌道交通累計通車里程達3286公里，累計已有25座城市的112條線路通車運行。根據現已經批復的城市軌道交通項目，以及各地的城市軌道交通建設規劃，預計到2020年，我國城市軌道交通通車里程有望達到8500公里，比2015年末增長150%以上。

在已開通的地鐵線路中，有很多是建設在地面及高架橋上，隨著地鐵線路的大量運行，鐵路地面及高架橋上架空接觸網雷電過電壓危害日益突出，其中僅津濱線在2006年全年，就發生絕緣子損壞31起，直流開關跳閘閉鎖（重合閘不成功）13起，在2007年發生絕緣子損壞18起，直流開關跳閘閉鎖（重合閘不成功）8起。

在架空接觸網桿塔上裝設避雷器，通過電阻片吸收雷電能量，抑制直流續流起弧，保護絕緣子免于雷擊損壞的同時，可防止線路雷擊跳閘，是一種性能優異的雷電防護措施。

本文專門針對腕臂絕緣子，通過結構分析對比，首先確定采用帶串聯間隙避雷器，然后通過對絕緣子進行50%放電電壓及伏秒特性試驗，得出其放電特性，后通過對帶串聯間隙避雷器在不同間隙距離下的50%放電電壓及伏秒特性進行試驗，制定出針對腕臂絕緣子的防雷避雷器的間隙距離，確保當發生放電閃絡時均通過避雷器泄放能量，使絕緣子得到有效的保護，并以此作為其他不同地區絕緣子用避雷器選擇的一種參考依據。

1 避雷器結構及本體參數的研究

金屬氧化物避雷器從結構上可分為無間隙避雷器[1]和帶串聯間隙避雷器兩種。對于變電站內使用的避雷器，主要應考慮與設備內絕緣的配合，期望避雷器有較好的沖擊響應特性和較低的保護水平，且變電站避雷器用量不大，定期試驗維護的工作量并不繁重，因此變電站中大都選用無串聯間隙避雷器。接觸網避雷器主要用于保護接觸網絕緣子，作為外絕緣保護，采用帶串聯間隙避雷器能夠滿足絕緣配合要求，相比無間隙結構，帶串聯間隙避雷器除間隙閃絡擊穿期間外，電阻片均不承受系統運行電壓，避免了電阻片因老化而損壞的問題，延長了使用壽命。另外，接觸網避雷器用量大、維護困難，采用帶串聯間隙的結構形式，還能夠減少甚至取消預防性試驗。近些年，我國電力系統在線路防雷中所采用的避雷器多數選用帶串聯間隙的結構形式。

國內電力系統10kV架空線路的絕緣水平與接觸網非常接近，其常用避雷器的主要參數能夠滿足接觸網的防雷需求，且運行經驗豐富，產品成熟、經濟，適合作為接觸網避雷器的選用參照。目前10kV架空線路帶串聯間隙避雷器的額定電壓多選擇為13kV，標稱放電電流為5kA，標稱放電電流下殘壓小于等于40kV，方波沖擊耐受150A，大電流沖擊耐受65kA[2]，此參數，也作為絕緣子用帶串聯間隙避雷器本體參數進行使用。

2 腕臂絕緣子放電電壓特性研究

2.1 腕臂絕緣子的放電特性研究

（2）伏秒特性試驗

試驗測量絕緣子的伏秒特性曲線。對于帶串聯間隙的避雷器，其雷電沖擊伏秒特性曲線應比被保護的絕緣子雷電沖擊伏秒特性曲線低至少15%，通過對絕緣子進行雷電沖擊伏秒特性試驗，作為設計帶間隙避雷器的設計依據。對試品施加雷電沖擊電壓，電壓幅值由低到高，記錄放電電壓和放電時延，伏秒特性曲線的每個點取5次放電的平均值。

2.2 腕臂絕緣子用帶串聯間隙避雷器不同間隙距離的放電性能試驗

（1） 不同間隙距離下的50%放電電壓試驗

通過調節避雷器外串聯間隙距離H，測得不同間隙距離對應的正極性值;參考絕緣子50%放電電壓值和干弧距離，初步選定避雷器的工作間隙距離。

通過對串聯間隙避雷器進行雷電放電電壓性能試驗，并與腕臂絕緣子的放電電壓性能做對比，當間隙距離為50～60mm時，無論是50%放電電壓性能還是雷電伏秒特性均能滿足避雷器保護絕緣子的要求，為了提高避雷器的保護性能，建議間隙距離取50～55mm。

3 結束語

通過對腕臂絕緣子安裝系統及安裝地點的分析，確定了保護腕臂絕緣子選用的避雷器為帶串聯間隙避雷器，并確定了避雷器本體的參數，后通過對腕臂絕緣子及帶串聯間隙避雷器正負極性50%放電電壓性能及正負極性雷電伏秒特性進行試驗，通過數據對比，最終建議間隙距離為50～55mm時，避雷器能夠起到良好的保護作用，并可以作為其他地鐵線路絕緣子及10kV配電線路絕緣子選用避雷器的一種參考依據。

參考文獻

[1] 交流無間隙金屬氧化物避雷器：GB11032-2010[S].北京：中國標準出版社，2010.

[2] 交流輸電線路用復合外套金屬氧化物避雷器：DLT 815-2012[S].北京：中國標準出版社，2012.