線路避雷器（氧化鋅避雷器測試儀）在輸電線路防雷中的應用效果探討
2010-05-05
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1引言
近幾年來，雷擊引起的輸電線路掉閘故障日益增多，從實際運行經(jīng)驗表明，輸電線路的故障一半以上是雷電引起的。為了減少輸電線路的雷擊故障，通常采用多種的防雷措施，一般有: 架設避雷線; 降低桿塔接地電阻; 架設耦合地線; 提高線路的絕緣水平等等，取得了一定的防雷效果。但常規(guī)的防雷保護措施僅能部分地降低線路雷擊跳閘率，一些高土壤電阻率的線路桿塔、繞擊雷對線路造成影響及線路雷擊區(qū)防雷問題上，仍沒有找到比較好的解決方法。
將線路避雷器安裝在輸電線路的易擊區(qū)，是一種有效的線路防雷措施，在美國、日本等國已有十多年的運行歷史，取得了很好的效果。從2000年開始，廣州花都供電分公司對二條雷擊跳閘率較高的110kV輸電線路安裝了線路避雷器。經(jīng)過幾年的掛網(wǎng)運行，取得了較好的防雷效果。
2線路避雷器防雷的基本原理
線路避雷器一般采用避雷器本體和串聯(lián)空氣間隙的組合結(jié)構(gòu)，避雷器本體基本不承擔系統(tǒng)運行電壓，不必考慮在*運行電壓下的電老化問題，在本體發(fā)生故障時也不影響線路運行。串聯(lián)空氣間隙有兩種，一是純空氣串聯(lián)間隙（簡稱純空氣間隙），一是由合成絕緣子支撐的串聯(lián)空氣間隙（簡稱絕緣子間隙）。兩種間隙各有優(yōu)缺點，純空氣間隙不必擔憂空氣間隙發(fā)生故障，但在安裝線路避雷器時需要在桿塔上調(diào)整間隙距離，實施安裝時要求高一點; 情況相反，對于絕緣子間隙，由于間隙距離已由絕緣子下，實施安裝較為容易，但支撐串聯(lián)間隙的合成絕緣子承擔著較高的系統(tǒng)電壓。
雷擊桿塔時，一部分雷電流通過避雷線流到相臨桿塔，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。
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--雷電流; Rd--沖擊接地電阻; L.di/dt--暫態(tài)分量。
當塔頂電位Ut與導線上的感應電位U1的差值超過絕緣子串50%的放電電壓時，將發(fā)生由塔頂至導線的閃絡。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4個重要因素有關，即線路絕緣子的50%放電電壓、雷電流強度、有無架空地線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，雷電流強度與地理位置和大氣條件相關，不加裝避雷器時，提高輸電線路耐雷水平往往是采用降低塔體的接地電阻，在山區(qū)，降低接地電阻是非常困難的，這也是為什么輸電線路屢遭雷擊的原因。
圖1為線路避雷器及絕緣子的伏-秒特性圖
加裝避雷器以后，當輸電線路遭受雷擊時，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，當雷電流超過一定值后，避雷器動作加入分流。大部分的雷電流從避雷器流入導線，傳播到相臨桿塔。雷電流在流經(jīng)避雷線和導線時，由于導線間的電磁感應作用，將分別在導線和避雷線上產(chǎn)生耦合分量。因為避雷器的分流遠遠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線電位提高，使導線和塔頂之間的電位差小于絕緣子串的閃絡電壓，絕緣子不會發(fā)生閃絡，因此，線路避雷器具有很好的鉗電位作用，這也是線路避雷器進行防雷的明顯特點。
從圖1中不難發(fā)現(xiàn)加裝線路避雷器對防雷效果是十分明顯的。
3線路避雷器的選點
大量運行經(jīng)驗表明，線路遭受雷擊往往集中于線路的某些地段。我們稱之為選擇性雷擊區(qū)，或稱易擊區(qū)。線路若能避開易擊區(qū)，或?qū)σ讚魠^(qū)線段加強保護，則是防止雷害的根本措施。實踐表明，下列地段易遭雷擊:
（1）雷暴走廊，如山區(qū)風口以及順風的河谷和峽谷等處;
。2）四周是山丘的潮濕盆地，如桿塔周圍有魚塘、水庫、湖泊、沼澤地、森林或灌木、附近又有蜿蜒起伏的山丘等處;
。3）土壤電阻率（p）有突變的地帶，土地質(zhì)斷層地帶，巖石與土壤、山坡與稻田的交界區(qū)。巖石山腳下有小河的山谷等地，雷易擊于低土壤電阻率處;
。4）地下有導電性礦的地面和地下水位較高處；
（5）當土壤電阻率差別不大時，例如有良好土層和植被的山丘，雷易擊于突出的山頂、山的向陽坡等。
線路避雷器一般安裝在線路易擊區(qū)，但在選擇安裝線路避雷器地點過程中，必須結(jié)合本地區(qū)歷年來的線路雷擊跳閘情況、運行經(jīng)驗及線路所經(jīng)的地形。綜合以上各種因素，確定線路避雷器安裝的*地點，提高線路的耐雷水平。
4線路避雷器使用及動作情況
花都區(qū)位于廣州市的北面，據(jù)氣象部門統(tǒng)計2000年至2002年花都區(qū)雷暴日平均為81天，屬多雷區(qū)，廣州花都供電分公司管轄的輸電線路跳閘故障有80％是由于雷擊而引起的。
廣州花都供電分公司管轄的110kV田梯線和110kV華軍芙線大部分線路走廊位于丘陵、山地，多年來經(jīng)常發(fā)生雷擊跳閘故障。根據(jù)這種情況，在這二條線路上安裝了9組避雷器，共27只。
110kV田梯線全長13.88公里，1997年投入運行，據(jù)統(tǒng)計該線路在1998年和1999年共有5次的雷擊掉閘，其中#40~#45段就有3次雷擊掉閘。為此，我們對該線路的有關數(shù)據(jù)進行分析、研究，發(fā)現(xiàn)110kV田梯線#38~#46位于山的向陽坡上且為風口，桿塔的接地電阻也偏大。綜合各種因素，我們決定在110kV田梯線#40、#43、#45各安裝3組共9只避雷器，運行至今已接近3年時間，在這段時間，該線路沒有發(fā)生過雷擊掉閘故障。檢查線路避雷器的放電記數(shù)器，發(fā)現(xiàn)線路避雷器都有動作，動作情況見表1。
110kV華軍芙線全長27.39公里，1996年投入運行。據(jù)歷年來的雷擊數(shù)據(jù)分析，該線路從1997年~2002年共有12次雷擊跳閘。為此，我們對110kV華軍芙線全線進行了現(xiàn)場勘察，根據(jù)歷年來的雷擊桿塔情況和桿塔所處的地形、地貌，確定線路的易擊區(qū)并結(jié)合線路的實際運行情況，在2002年3月選點安裝了6組線路避雷器。避雷器運行二年，線路未發(fā)生雷擊故障。避雷器動作情況見表1。
5結(jié)束語
。1）、在輸電線路易擊區(qū)桿塔上安裝線路避雷器后，桿塔段未發(fā)生雷擊跳閘，提高了線路的耐雷水平，線路避雷器在輸電線路的應用取得了初步的成效。
。2）、正確選擇線路避雷器安裝位置是很重要的，是能否充分發(fā)揮線路避雷器作用的關健。
。3）、繼續(xù)對輸電線路的防雷工作進行分析、總結(jié)，進一步探討積累線路避雷器的運行經(jīng)驗，不斷地提高線路的耐雷水平。
表1:
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