避雷器在高压输电线路的应用与前景_电力论文发表

避雷器在高压输电线路的应用与前景
谭灿　
 

摘要:对于高土壤电阻率的部分线路，采用常规防雷技术很难降低雷击跳闸率的问题，本文通过分析线路避雷器的防雷原理，采用线路型线路避雷器用于输电线路的防雷，利用雷击定位系统方式确定线路避雷器的位置选择，列出在各种塔型适用的安装方式，并提出其他相关的建议措施。
关键词:高压输电线路避雷器应用
前言
随着我国经济的巨大发展，对电力的需求有增无减，但是近年来高速的工业发展也带来了环境条件的改变，有些地方的环境变得恶化，所引发的雷击事件保持一个高频率的出现，而由雷击引起的输电线路跳闸故障也日益增多，这不但对工农业生产以及老百姓的日常生活造成了比较大的影响，而且对设备也容易造成损伤。为了减少这种情况的发生，避雷措施在地方上相继得到开展，一般来说我们所采取的防雷措施有:
(1)架设避雷线，减少雷电直击导线的概率，降低雷击塔顶时的塔顶电位;减少雷电击中杆塔或避雷线时反击至导线的概率。
(2)架设耦合地线，利用其与导线的耦合作用，加大了耦合地线和避雷线与导线的耦合系数，从而提高线路的耐雷水平。
(3)改善避雷线保护角，减少绕击导线的概率。
(4)降低杆塔接地电阻，以提高线路耐雷水平，从而减少雷击故障。
(5)加强线路调爬、低零值绝缘子检测、清抹和增加绝缘子数量等办法，以提高线路的耐雷水平。
通过这些措施在实践中的应用，我们发现效果还是不错的，但是并不能适用于所有情况，在一些山区分布在高土壤电阻率的部分线路，降低杆塔接地电阻难度较大，对于防治山坡侧的绕击雷对线路造成的故障仍没有好的对策。我国从上个世纪90年代开始发展线路用金属氧化物避雷器，也称线路避雷器用于防止雷击，安装线路避雷器在防止雷击塔顶或避雷线的直击雷和雷击导线的绕击雷所引起的绝缘闪络都是非常有效的。因为线路避雷器具有钳电位作用，对接地电阻要求不太严格，对山区线路防雷比较容易实现，加装避雷器后，线路的耐雷水平明显提高，不难发现加装线路避雷器对防雷效果是十分明显的。今后高压线路对线路避雷器的应用将越来越多，本文就其在高压线路的应用及前景作初步探讨。
1线路避雷器及其防雷原理
避雷器是指能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量，保护电工设备免受瞬时过电压危害，又能截断续流，不致引起系统接地短路的电器装置。避雷器通常接于带电导线与地之间，与被保护设备并联。当过电压值达到规定的动作电压时，避雷器立即动作，流过电荷，限制过电压幅值，保护设备绝缘；电压值正常后，避雷器又迅速恢复原状，以保证系统正常供电。
避雷器是变电站保护设备免遭雷电冲击波袭击的设备。当沿线路传入变电站的雷电冲击波超过避雷器保护水平时，避雷器首先放电，并将雷电流经过良导体安全的引入大地，利用接地装置使雷电压幅值限制在被保护设备雷电冲击水平以下，使电气设备受到保护。
　　避雷器按其发展的先后可分为：保护间隙——是最简单形式的避雷器；管型避雷器——也是一个保护间隙，但它能在放电后自行灭弧；阀型避雷器——是将单个放电间隙分成许多短的串联间隙，同时增加了非线性电阻，提高了保护性能；磁吹避雷器——利用了磁吹式火花间隙，提高了灭弧能力，同时还具有限制内部过电压能力；线路避雷器——利用了线路阀片理想的伏安特性（非线性极高，即在大电流时呈低电阻特性，限制了避雷器上的电压，在正常工频电压下呈高电阻特性），具有无间隙、无续流残压低等优点，也能限制内部过电压，被广泛使用。
输电线路在加装避雷器以后，如果遭受雷击，雷电流的分流将发生变化，一部分雷电流从避雷线传入相临杆塔，一部分经塔体入地，当雷电流超过一定值后，避雷器动作加入分流。大部分的雷电流从避雷器流入导线，传播到相邻杆塔。雷电流在流经避雷线和导线时，由于导线间的电磁感应作用，将分别在导线和避雷线上产生耦合分量。因为避雷器的分流远远大于从避雷线中分流的雷电流，这种分流的耦合作用将使导线电位提高，使导线和塔顶之间的电位差小于绝缘子串的闪络电压，绝缘子不会发生闪络，因此，避雷器具有很好的钳电位作用，这也是避雷器进行防雷的明显特点。
2线路避雷器对操作过电压的影响
避雷器在操作过电压下动作次数的估计值一般，220kV线路每年计划性操作次数不多于5次。据统计，220kV线路每100km a故障跳闸次数不超过2次。其中单相接地故障约占80%以上。单相重合闸成功率约为0.8。
必须提出，线路避雷器在线路每相导线上多支并联应用的结果，势必大大提高避雷器耐受操作过电压的可靠程度。由此可见，在设计线路避雷器时，完全可以不考虑操作过电压的影响。
3利用雷电定位系统分析是否采用线路型避雷器
利用雷电定位系统给出的雷电流幅值信息(110kV、220kV、500kV线路绕击耐雷水平只有7kA、12kA、21kA，而反击耐雷水平可达40kA、70kA、120kA)，结合现场故障情况(故障部位、杆塔塔型、导线排列方式、周围地形地貌等)可以辨别线路的绕、反击形式，然后有针对性地采用有效的反事故措施。绕反击的反事故措施是有很大差别的，比如改造杆塔地网对提高反击耐雷水平有效，但对绕击的效果就很差;安装线路避雷器时安装1相或2相对绕击防护就够了。
由于价格成本问题比较突出，为提高线路避雷器技术经济性能，建议对经常雷击跳闸且雷电流很大、属于雷击塔顶反击的杆塔除降低线路杆塔接地电阻、改善接地系统、加强线路绝缘外，可以加装2相或3相线路避雷器。对接地电阻不太高的杆塔可只考虑安装2相(边相或下相)避雷器，如对220kV导线水平排列的杆塔，只在边相安装2支避雷器，经计算即使接地电阻达到100，也可有效提高线路反击耐雷水平至100kA，同时可以有效防护雷电绕击。对虽然经常雷击跳闸但雷电流不是很大、可能属于雷电绕击导线的杆塔，除考虑降低避雷线的保护角外，可以考虑在屏蔽效果比较差的相别上安装1或2相线路避雷器。
4线路避雷器应用前景
既然线路避雷器效果良好且已经在一些地方通过实践得到了证明，那么可以想象，将来线路避雷器一定会得到广泛的使用。但是作为线路避雷器在以后的使用来讲，要注意以下几点：
4.1.设计选型
产品的设计非常重要，在设计选型上，应首选有多年稳定运行实践的产品，在选择生产厂时，应选择有先进的工艺设备和完善的检测手段的生产厂，才能保证所选用的线路避雷器具有高的抗老化、耐冲击性能，以使在产品的寿命周期内稳定运行。
4.2.在线监测
必须加强线路避雷器的在线监测，防止突发情况的发生，我们可以增设线路避雷器的在线监测仪，并加强对在线监测仪的巡检力度，特别是在雷雨后和易发生故障的部位（有电弧炉负荷的母线段、线路避雷器寿命已到后期）增加巡次数。定期给线路避雷器进行各项电气性能测试及在线监测仪的校验。
4.3.防污措施
采用必要的避雷器瓷套的防污措施，如定期清扫或涂以防污闪硅油，在线路避雷器选型上选用防污瓷套型的线路避雷器。
4.4.谐波治理
加强电网谐波的治理力度，在有谐波源的母线段增设动态无功补偿和滤波装置，以使电网的高次谐波值控制在国家标准允许范围内。
4.5.技术管理
加强对线路避雷器的技术管理工作，即对运行在网上的每一只线路避雷器建立技术档案，对出厂报告、定期测试报告及在线监测仪的运行记录均要存入技术档案，直至该避雷器退出运行。
结束语
从近年来我省输电线路运行情况看，线路避雷器对降低雷击跳闸率和事故率，减少线路维护工作量，初步证明具有良好的效果，同时作为设计部门应强调的是，在应用输电线路用线路避雷器的同时，降低线路避雷线保护角和杆塔接地电阻、改善接地系统、加强线路绝缘等传统线路防雷措施仍不能放松。
参考文献
[1]DL/T5092?1999，110?500kV架空送电线路设计技术规程[S].
[2]张殿生电力工程高压送电线路设计手册[M](第二版)2002年.121-136.

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