避雷器在高壓輸電線路的應(yīng)用與前景
譚燦　
 

摘要:對(duì)于高土壤電阻率的部分線路，采用常規(guī)防雷技術(shù)很難降低雷擊跳閘率的問(wèn)題，本文通過(guò)分析線路避雷器的防雷原理，采用線路型線路避雷器用于輸電線路的防雷，利用雷擊定位系統(tǒng)方式確定線路避雷器的位置選擇，列出在各種塔型適用的安裝方式，并提出其他相關(guān)的建議措施。
關(guān)鍵詞:高壓輸電線路避雷器應(yīng)用
前言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的巨大發(fā)展，對(duì)電力的需求有增無(wú)減，但是近年來(lái)高速的工業(yè)發(fā)展也帶來(lái)了環(huán)境條件的改變，有些地方的環(huán)境變得惡化，所引發(fā)的雷擊事件保持一個(gè)高頻率的出現(xiàn)，而由雷擊引起的輸電線路跳閘故障也日益增多，這不但對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及老百姓的日常生活造成了比較大的影響，而且對(duì)設(shè)備也容易造成損傷。為了減少這種情況的發(fā)生，避雷措施在地方上相繼得到開(kāi)展，一般來(lái)說(shuō)我們所采取的防雷措施有:
(1)架設(shè)避雷線，減少雷電直擊導(dǎo)線的概率，降低雷擊塔頂時(shí)的塔頂電位;減少雷電擊中桿塔或避雷線時(shí)反擊至導(dǎo)線的概率。
(2)架設(shè)耦合地線，利用其與導(dǎo)線的耦合作用，加大了耦合地線和避雷線與導(dǎo)線的耦合系數(shù)，從而提高線路的耐雷水平。
(3)改善避雷線保護(hù)角，減少繞擊導(dǎo)線的概率。
(4)降低桿塔接地電阻，以提高線路耐雷水平，從而減少雷擊故障。
(5)加強(qiáng)線路調(diào)爬、低零值絕緣子檢測(cè)、清抹和增加絕緣子數(shù)量等辦法，以提高線路的耐雷水平。
通過(guò)這些措施在實(shí)踐中的應(yīng)用，我們發(fā)現(xiàn)效果還是不錯(cuò)的，但是并不能適用于所有情況，在一些山區(qū)分布在高土壤電阻率的部分線路，降低桿塔接地電阻難度較大，對(duì)于防治山坡側(cè)的繞擊雷對(duì)線路造成的故障仍沒(méi)有好的對(duì)策。我國(guó)從上個(gè)世紀(jì)90年代開(kāi)始發(fā)展線路用金屬氧化物避雷器，也稱線路避雷器用于防止雷擊，安裝線路避雷器在防止雷擊塔頂或避雷線的直擊雷和雷擊導(dǎo)線的繞擊雷所引起的絕緣閃絡(luò)都是非常有效的。因?yàn)榫�路避雷器具有鉗電位作用，對(duì)接地電阻要求不太嚴(yán)格，對(duì)山區(qū)線路防雷比較容易實(shí)現(xiàn)，加裝避雷器后，線路的耐雷水平明顯提高，不難發(fā)現(xiàn)加裝線路避雷器對(duì)防雷效果是十分明顯的。今后高壓線路對(duì)線路避雷器的應(yīng)用將越來(lái)越多，本文就其在高壓線路的應(yīng)用及前景作初步探討。
1線路避雷器及其防雷原理
避雷器是指能釋放雷電或兼能釋放電力系統(tǒng)操作過(guò)電壓能量，保護(hù)電工設(shè)備免受瞬時(shí)過(guò)電壓危害，又能截?cái)嗬m(xù)流，不致引起系統(tǒng)接地短路的電器裝置。避雷器通常接于帶電導(dǎo)線與地之間，與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)。當(dāng)過(guò)電壓值達(dá)到規(guī)定的動(dòng)作電壓時(shí)，避雷器立即動(dòng)作，流過(guò)電荷，限制過(guò)電壓幅值，保護(hù)設(shè)備絕緣；電壓值正常后，避雷器又迅速恢復(fù)原狀，以保證系統(tǒng)正常供電。
避雷器是變電站保護(hù)設(shè)備免遭雷電沖擊波襲擊的設(shè)備。當(dāng)沿線路傳入變電站的雷電沖擊波超過(guò)避雷器保護(hù)水平時(shí)，避雷器首先放電，并將雷電流經(jīng)過(guò)良導(dǎo)體安全的引入大地，利用接地裝置使雷電壓幅值限制在被保護(hù)設(shè)備雷電沖擊水平以下，使電氣設(shè)備受到保護(hù)。
　　避雷器按其發(fā)展的先后可分為：保護(hù)間隙——是最簡(jiǎn)單形式的避雷器；管型避雷器——也是一個(gè)保護(hù)間隙，但它能在放電后自行滅�。婚y型避雷器——是將單個(gè)放電間隙分成許多短的串聯(lián)間隙，同時(shí)增加了非線性電阻，提高了保護(hù)性能；磁吹避雷器——利用了磁吹式火花間隙，提高了滅弧能力，同時(shí)還具有限制內(nèi)部過(guò)電壓能力；線路避雷器——利用了線路閥片理想的伏安特性（非線性極高，即在大電流時(shí)呈低電阻特性，限制了避雷器上的電壓，在正常工頻電壓下呈高電阻特性），具有無(wú)間隙、無(wú)續(xù)流殘壓低等優(yōu)點(diǎn)，也能限制內(nèi)部過(guò)電壓，被廣泛使用。
輸電線路在加裝避雷器以后，如果遭受雷擊，雷電流的分流將發(fā)生變化，一部分雷電流從避雷線傳入相臨桿塔，一部分經(jīng)塔體入地，當(dāng)雷電流超過(guò)一定值后，避雷器動(dòng)作加入分流。大部分的雷電流從避雷器流入導(dǎo)線，傳播到相鄰桿塔。雷電流在流經(jīng)避雷線和導(dǎo)線時(shí)，由于導(dǎo)線間的電磁感應(yīng)作用，將分別在導(dǎo)線和避雷線上產(chǎn)生耦合分量。因?yàn)楸芾灼鞯姆至鬟h(yuǎn)遠(yuǎn)大于從避雷線中分流的雷電流，這種分流的耦合作用將使導(dǎo)線電位提高，使導(dǎo)線和塔頂之間的電位差小于絕緣子串的閃絡(luò)電壓，絕緣子不會(huì)發(fā)生閃絡(luò)，因此，避雷器具有很好的鉗電位作用，這也是避雷器進(jìn)行防雷的明顯特點(diǎn)。
2線路避雷器對(duì)操作過(guò)電壓的影響
避雷器在操作過(guò)電壓下動(dòng)作次數(shù)的估計(jì)值一般，220kV線路每年計(jì)劃性操作次數(shù)不多于5次。據(jù)統(tǒng)計(jì)，220kV線路每100km a故障跳閘次數(shù)不超過(guò)2次。其中單相接地故障約占80%以上。單相重合閘成功率約為0.8。
必須提出，線路避雷器在線路每相導(dǎo)線上多支并聯(lián)應(yīng)用的結(jié)果，勢(shì)必大大提高避雷器耐受操作過(guò)電壓的可靠程度。由此可見(jiàn)，在設(shè)計(jì)線路避雷器時(shí)，完全可以不考慮操作過(guò)電壓的影響。
3利用雷電定位系統(tǒng)分析是否采用線路型避雷器
利用雷電定位系統(tǒng)給出的雷電流幅值信息(110kV、220kV、500kV線路繞擊耐雷水平只有7kA、12kA、21kA，而反擊耐雷水平可達(dá)40kA、70kA、120kA)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)故障情況(故障部位、桿塔塔型、導(dǎo)線排列方式、周圍地形地貌等)可以辨別線路的繞、反擊形式，然后有針對(duì)性地采用有效的反事故措施。繞反擊的反事故措施是有很大差別的，比如改造桿塔地網(wǎng)對(duì)提高反擊耐雷水平有效，但對(duì)繞擊的效果就很差;安裝線路避雷器時(shí)安裝1相或2相對(duì)繞擊防護(hù)就夠了。
由于價(jià)格成本問(wèn)題比較突出，為提高線路避雷器技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能，建議對(duì)經(jīng)常雷擊跳閘且雷電流很大、屬于雷擊塔頂反擊的桿塔除降低線路桿塔接地電阻、改善接地系統(tǒng)、加強(qiáng)線路絕緣外，可以加裝2相或3相線路避雷器。對(duì)接地電阻不太高的桿塔可只考慮安裝2相(邊相或下相)避雷器，如對(duì)220kV導(dǎo)線水平排列的桿塔，只在邊相安裝2支避雷器，經(jīng)計(jì)算即使接地電阻達(dá)到100，也可有效提高線路反擊耐雷水平至100kA，同時(shí)可以有效防護(hù)雷電繞擊。對(duì)雖然經(jīng)常雷擊跳閘但雷電流不是很大、可能屬于雷電繞擊導(dǎo)線的桿塔，除考慮降低避雷線的保護(hù)角外，可以考慮在屏蔽效果比較差的相別上安裝1或2相線路避雷器。
4線路避雷器應(yīng)用前景
既然線路避雷器效果良好且已經(jīng)在一些地方通過(guò)實(shí)踐得到了證明，那么可以想象，將來(lái)線路避雷器一定會(huì)得到廣泛的使用。但是作為線路避雷器在以后的使用來(lái)講，要注意以下幾點(diǎn)：
4.1.設(shè)計(jì)選型
產(chǎn)品的設(shè)計(jì)非常重要，在設(shè)計(jì)選型上，應(yīng)首選有多年穩(wěn)定運(yùn)行實(shí)踐的產(chǎn)品，在選擇生產(chǎn)廠時(shí)，應(yīng)選擇有先進(jìn)的工藝設(shè)備和完善的檢測(cè)手段的生產(chǎn)廠，才能保證所選用的線路避雷器具有高的抗老化、耐沖擊性能，以使在產(chǎn)品的壽命周期內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。
4.2.在線監(jiān)測(cè)
必須加強(qiáng)線路避雷器的在線監(jiān)測(cè)，防止突發(fā)情況的發(fā)生，我們可以增設(shè)線路避雷器的在線監(jiān)測(cè)儀，并加強(qiáng)對(duì)在線監(jiān)測(cè)儀的巡檢力度，特別是在雷雨后和易發(fā)生故障的部位（有電弧爐負(fù)荷的母線段、線路避雷器壽命已到后期）增加巡次數(shù)。定期給線路避雷器進(jìn)行各項(xiàng)電氣性能測(cè)試及在線監(jiān)測(cè)儀的校驗(yàn)。
4.3.防污措施
采用必要的避雷器瓷套的防污措施，如定期清掃或涂以防污閃硅油，在線路避雷器選型上選用防污瓷套型的線路避雷器。
4.4.諧波治理
加強(qiáng)電網(wǎng)諧波的治理力度，在有諧波源的母線段增設(shè)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償和濾波裝置，以使電網(wǎng)的高次諧波值控制在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)。
4.5.技術(shù)管理
加強(qiáng)對(duì)線路避雷器的技術(shù)管理工作，即對(duì)運(yùn)行在網(wǎng)上的每一只線路避雷器建立技術(shù)檔案，對(duì)出廠報(bào)告、定期測(cè)試報(bào)告及在線監(jiān)測(cè)儀的運(yùn)行記錄均要存入技術(shù)檔案，直至該避雷器退出運(yùn)行。
結(jié)束語(yǔ)
從近年來(lái)我省輸電線路運(yùn)行情況看，線路避雷器對(duì)降低雷擊跳閘率和事故率，減少線路維護(hù)工作量，初步證明具有良好的效果，同時(shí)作為設(shè)計(jì)部門(mén)應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，在應(yīng)用輸電線路用線路避雷器的同時(shí)，降低線路避雷線保護(hù)角和桿塔接地電阻、改善接地系統(tǒng)、加強(qiáng)線路絕緣等傳統(tǒng)線路防雷措施仍不能放松。
參考文獻(xiàn)
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