線路避雷器在輸電線路防雷中的應(yīng)用

劉廣州，吳國軍，鄭 浩，李德波

宿州供電公司輸電運檢工區(qū)，安徽宿州，234000

如何防止因雷擊故障而跳閘是當(dāng)前輸電運行專業(yè)考慮的重要問題之一。雷擊已成為影響輸電線路安全可靠運行的主要因素之一，在我國跳閘率比較高的地區(qū)，由雷擊引起的故障次數(shù)占40%左右，尤其在多雷、土壤電阻率高、地形復(fù)雜的地區(qū)，雷擊輸電線路而引起的事故率高達(dá)70%[1]。

1 雷擊對架空輸電線路的故障分析

造成線路閃絡(luò)跳閘的雷電過電壓主要有直擊(反擊、繞擊)和感應(yīng)雷電過電壓，在線路防雷的設(shè)計和運行中都應(yīng)考慮這幾種雷電過電壓[1]。其中感應(yīng)過電壓是指雷云不直接擊于輸電線路，而是向線路附近地面，或向避雷線上進(jìn)行主放電而在線路上感應(yīng)產(chǎn)生的過電壓。直擊雷過電壓則又分為直擊過電壓和繞擊過電壓。其中，繞擊是指雷擊過電壓繞過避雷線,打到線路上。繞擊經(jīng)常與桿塔的地形及高度有關(guān)。線路的屏蔽各級系統(tǒng)包括桿塔、避雷線及大地，并隨著桿塔的高度增加而減弱。

為了減少輸電線路的雷擊故障，宿州供電公司采取了各種綜合防雷措施，如降低桿塔接地電阻、絕緣子串不平衡絕緣法、架設(shè)避雷線、架設(shè)耦合地線等，取得了一定的效果。但對于分布在土壤電阻率高的部分線路，降低桿塔接地電阻難度較大，對于防治繞擊雷對線路造成的故障仍沒有好的對策。

2 線路避雷器在架空輸電線路中的工作原理

目前，國外已廣泛采用線路型合成絕緣氧化鋅避雷器防御輸電線路的雷擊。當(dāng)雷擊桿塔時，一部分雷電流通過避雷線流到相鄰桿塔，另一部分雷電流經(jīng)桿塔流入大地，桿塔接地電阻呈暫態(tài)電阻特性，一般用沖擊接地電阻來表征[2]。

雷擊桿塔時，塔頂電位迅速提高，其電位值為

Ut=iRd+L.di/dt

(1)

式中，i為雷電流，Rd為沖擊接地電阻，L.di/dt為暫態(tài)分量。

當(dāng)塔頂電位Ut與導(dǎo)線上的感應(yīng)電位U1的差值超過絕緣子串50%的放電電壓時，將發(fā)生由塔頂至導(dǎo)線的閃絡(luò)。即Ut-U1>U50，如果考慮線路工頻電壓幅值Um的影響，則為Ut-U1+Um>U50。因此，線路的耐雷水平與三個重要因素有關(guān)，即線路絕緣子的50%放電電壓、雷電流強(qiáng)度和塔體的沖擊接地電阻。一般來說，線路的50%放電電壓是一定的，雷電流強(qiáng)度則與地理位置和大氣條件相關(guān)[3]。

當(dāng)不改變桿塔接地電阻，而在線路中裝設(shè)線路避雷器時，將避雷器的伏-秒特性與絕緣子串的伏-秒特性相配合，當(dāng)線路遭受雷擊(或繞擊)時，線路避雷器能可靠地動作，以保護(hù)絕緣子串不發(fā)生閃絡(luò)。具體過程是：塔頂電位超過避雷器的導(dǎo)通電壓時，避雷器動作。此時桿塔上的雷電流分流發(fā)生變化，一部分仍沿桿塔或引下線、接地電阻泄入大地；另一部分則經(jīng)避雷器流入導(dǎo)線，于是導(dǎo)線和避雷線上都有電流流過。由于電磁感應(yīng)作用，雷電流分別在導(dǎo)線和避雷線中產(chǎn)生耦合分量，導(dǎo)線上較大的雷電流耦合分量使得其電位迅速升高，使桿塔對導(dǎo)線放電得到有效的控制，從而起到防雷作用。

3 線路避雷器在架空輸電線路中的應(yīng)用

3.1 使用線路避雷器時應(yīng)注意的問題

3.1.1 重視避雷器的安裝選點

根據(jù)雷電定位系統(tǒng)及實際運行情況，應(yīng)將有限的線路避雷器安裝在雷電活動頻繁區(qū)域中易受雷擊的桿塔。從雷電的特性來分析，一般在水汽較重的區(qū)域或位置(比如周圍有河流、水庫、魚塘等)容易產(chǎn)生雷云，故靠近這些地方的桿塔適宜安裝線路避雷器；而位于高大建筑下的桿塔可以不安裝線路避雷器，因為雷電已被它們遮擋。

3.1.2 安裝先后原則

根據(jù)資金的情況，可按下列先后步驟選點安裝：

(1)選擇易遭雷擊，歷年跳閘率高的輸電線路桿塔；

(2)選擇易擊區(qū)間；

(3)易擊桿或易擊段的相鄰桿塔；

(4)接地電阻大，降阻要花很大力氣，難以降到規(guī)定值以下，同時又有遭雷擊可能的桿塔；

(5)地形特殊的桿塔，如山坡的迎風(fēng)面，雷云易在此遭受山的阻擋而集結(jié)的桿塔。

3.1.3 線路避雷器的安裝

線路避雷器安裝時應(yīng)注意：

(1)選擇多雷區(qū)且易遭雷擊的輸電線路桿塔，最好在兩側(cè)相臨桿塔上同時安裝，可以提高線路的耐雷水平；

(2)垂直排列的線路可只裝上下兩相；

(3)安裝時盡量不使避雷器受力，并注意保持足夠的安全距離；

(4)避雷器應(yīng)順桿塔單獨敷設(shè)接地線，其截面不小于25 mm2，盡量減小接地電阻的影響[3]。

3.2 線路避雷器的應(yīng)用情況

目前，國外已廣泛使用線路型合成絕緣氧化鋅避雷器防御輸電線路的雷擊，取得了很好的效果。從2008年開始，宿州供電公司將線路避雷器應(yīng)用在位于雷暴密集區(qū)的部分220 kV及110 kV線路的部分桿塔上，經(jīng)過4個雷雨季節(jié)的考驗，裝設(shè)線路避雷器的桿段均未發(fā)生雷擊跳閘(表1)。

表1 避雷器動作情況統(tǒng)計表

4 結(jié)束語

宿州供電公司在部分110 kV及以上線路嘗試應(yīng)用線路氧化鋅避雷器防止線路雷害故障，裝設(shè)線路避雷器的桿段均未發(fā)生雷擊跳閘。運行經(jīng)驗表明，在線路上安裝適合于線路運行的線路避雷器來保護(hù)線路是一種經(jīng)濟(jì)的、可行的方法，值得在同行業(yè)推廣使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]安向陽.線路型氧化鋅避雷器在架空輸電線路中的應(yīng)用[J].沿海企業(yè)與科技，2008(7)：151-152

[2]劉輝,李明貴,陳曉兵.廣西電網(wǎng)防雷及接地工作存在的主要問題及對策[J]. 廣西電力，2006(3)：6-11

[3]高巖.氧化鋅避雷器的工作原理、優(yōu)點、功能特性分析[J].中國電力教育，2008(S1)：138-139