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线路避雷器在输电线路防雷中的应用效果

[]为了减少输电线路的雷击跳闸次数,在输电线路的雷击区安装线路避雷器,可以提高线路的抗雷水平。本文介绍了线路避雷器的防雷原理,并对广州花都供电分公司部分挂网运行了3a的线路避雷器进行了跟踪分析,对线路避雷器的防雷效果进行了探讨。

[关键词]输电线路 雷击 线路避雷器 效果

1、引言
  近几年来,雷击引起的输电线路掉闸故障日益增多,从实际运行经验表明,输电线路的故障一半以上是雷电引起的。为了减少输电线路的雷击故障,通常采用多种的防雷措施,一般有: 架设避雷线; 降低杆塔接地电阻; 架设耦合地线; 提高线路的绝缘水平等等,取得了一定的防雷效果。但常规的防雷保护措施仅能部分地降低线路雷击跳闸率,一些高土壤电阻率的线路杆塔、绕击雷对线路造成影响及线路雷击区防雷问题上,仍没有找到比较好的解决方法。
  将线路避雷器安装在输电线路的易击区,是一种有效的线路防雷措施,在美国、日本等国已有十多年的运行历史,取得了很好的效果。从2000年开始,广州花都供电分公司对二条雷击跳闸率较高的110kV输电线路安装了线路避雷器。经过几年的挂网运行,取得了较好的防雷效果。
2、线路避雷器防雷的基本原理


 

 

 

 

 

 

线路避雷器一般采用避雷器本体和串联空气间隙的组合结构,避雷器本体基本不承担系统运行电压,不必考虑在长期运行电压下的电老化问题,在本体发生故障时也不影响线路运行。串联空气间隙有两种,一是纯空气串联间隙(简称纯空气间隙),一是由合成绝缘子支撑的串联空气间隙(简称绝缘子间隙)。两种间隙各有优缺点,纯空气间隙不必担忧空气间隙发生故障,但在安装线路避雷器时需要在杆塔上调整间隙距离,实施安装时要求高一点; 情况相反,对于绝缘子间隙,由于间隙距离已由绝缘子下,实施安装较为容易,但支撑串联间隙的合成绝缘子承担着较高的系统电压。
雷击杆塔时,一部分雷电流通过避雷线流到相临杆塔,另一部分雷电流经杆塔流入大地,杆塔接地电阻呈暂态电阻特性,一般用冲击接地电阻来表征。
雷击杆塔时塔顶电位迅速提高,其电位值为:
Ut=iRd+L· di/dt (1)
式中, i--雷电流; Rd--冲击接地电阻; L.di/dt--暂态分量。
当塔顶电位Ut与导线上的感应电位U1的差值超过绝缘子串50%的放电电压时,将发生由塔顶至导线的闪络。即Ut-U1>U50,如果考虑线路工频电压幅值Um的影响,则为Ut-U1+Um>U50。因此,线路的耐雷水平与4个重要因素有关,即线路绝缘子的50%放电电压、雷电流强度、有无架空地线和塔体的冲击接地电阻。一般来说,线路的50%放电电压是一定的,雷电流强度与地理位置和大气条件相关,不加装避雷器时,提高输电线路耐雷水平往往是采用降低塔体的接地电阻,在山区,降低接地电阻是非常困难的,这也是为什么输电线路屡遭雷击的原因。
1为线路避雷器及绝缘子的伏-秒特性图
加装避雷器以后,当输电线路遭受雷击时,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,传播到相临杆塔。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,线路避雷器具有很好的钳电位作用,这也是线路避雷器进行防雷的明显特点。
从图1中不难发现加装线路避雷器对防雷效果是十分明显的。
3、线路避雷器的选点
大量运行经验表明,线路遭受雷击往往集中于线路的某些地段。我们称之为选择性雷击区,或称易击区。线路若能避开易击区,或对易击区线段加强保护,则是防止雷害的根本措施。实践表明,下列地段易遭雷击:
(1)雷暴走廊,如山区风口以及顺风的河谷和峡谷等处;
(2)四周是山丘的潮湿盆地,如杆塔周围有鱼塘、水库、湖泊、沼泽地、森林或灌木、附近又有蜿蜒起伏的山丘等处;
(3)土壤电阻率(p)有突变的地带,土地质断层地带,岩石与土壤、山坡与稻田的交界区。岩石山脚下有小河的山谷等地,雷易击于低土壤电阻率处;
(4)地下有导电性矿的地面和地下水位较高处;
(5)当土壤电阻率差别不大时,例如有良好土层和植被的山丘,雷易击于突出的山顶、山的向阳坡等。
线路避雷器一般安装在线路易击区,但在选择安装线路避雷器地点过程中,必须结合本地区历年来的线路雷击跳闸情况、运行经验及线路所经的地形。综合以上各种因素,确定线路避雷器安装的最佳地点,提高线路的耐雷水平。
4、线路避雷器使用及动作情况
花都区位于广州市的北面,据气象部门统计2000年至2002年花都区雷暴日平均为81天,属多雷区,广州花都供电分公司管辖的输电线路跳闸故障有80%是由于雷击而引起的。
广州花都供电分公司管辖的110kV田梯线和110kV华军芙线大部分线路走廊位于丘陵、山地,多年来经常发生雷击跳闸故障。根据这种情况,在这二条线路上安装了9组避雷器,共27只。
110kV田梯线全长13.88公里,1997年投入运行,据统计该线路在1998年和1999年共有5次的雷击掉闸,其中#40~#45段就有3次雷击掉闸。为此,我们对该线路的有关数据进行分析、研究,发现110kV田梯线#38~#46位于山的向阳坡上且为风口,杆塔的接地电阻也偏大。综合各种因素,我们决定在110kV田梯线#40、#43、#45各安装3组共9只避雷器,运行至今已接近3年时间,在这段时间,该线路没有发生过雷击掉闸故障。检查线路避雷器的放电记数器,发现线路避雷器都有动作,动作情况见表1。
110kV华军芙线全长27.39公里,1996年投入运行。据历年来的雷击数据分析,该线路从1997年~2002年共有12次雷击跳闸。为此,我们对110kV华军芙线全线进行了现场勘察,根据历年来的雷击杆塔情况和杆塔所处的地形、地貌,确定线路的易击区并结合线路的实际运行情况,在2002年3月选点安装了6组线路避雷器。避雷器运行二年,线路未发生雷击故障。避雷器动作情况见表1。
5、结束语
(1)、在输电线路易击区杆塔上安装线路避雷器后,杆塔段未发生雷击跳闸,提高了线路的耐雷水平,线路避雷器在输电线路的应用取得了初步的成效。
(2)、正确选择线路避雷器安装位置是很重要的,是能否充分发挥线路避雷器作用的关健。
(3)、继续对输电线路的防雷工作进行分析、总结,进一步探讨积累线路避雷器的运行经验,不断地提高线路的耐雷水平。
表1:


参考文献
1电力工程高压送电线路设计手册.北京:水利电力出版社,1993
2 王秉钓.金属氧化物避雷器.北京: 水利电力出版社,1993

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