线路用金属氧化物避雷器及应用Word文档格式.docx

1、绝缘配合；技术参数中图分类号：；TM862前言实际运行体会表明，高压架空线路供路故障的一半以上是雷电引发的，减小雷击跳闸率的一样方法有：降低杆塔的接地电阻、增加绝缘子的片数、采纳耦合地线，但在雷电活动强烈、土壤电阻率高、地形复杂的地域，采纳上述方法难以奏效时，能够考虑利用线路避雷器来降低雷击跳闸率。线路避雷器已被证明是最有效的线路防雷方法，在美、日等国有十连年的历史，我国也已开始批量应用。随着对供电靠得住性要求的不断提高，线路避雷器将在我国取得更大范围的推行利用。尽管防雷的基本概念与传统的电站型避雷器类似，但仍然有一些特有的技术问题，这涉及到是否能有效地保护绝缘子（串）不再发生雷击闪络和线路避

2、雷器自身的可靠性问题。本文将研究以下几个关键问题：（1）线路避雷器技术参数的选择；（2）线路避雷器与被保护绝缘子（串）之间的绝缘配合原则；（3）线路避雷器自身的可靠性保证；（4）线路避雷器应用方案。1 线路避雷器结构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），如图1所示。这两种间隙在国内外都有应用，如日本一般采用纯空气间隙，美国等采用绝缘子间隙。两种间隙各有优缺点，纯空

3、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，与一般线路用合成绝缘子一样，有一定的事故率，但目前看，这种事故率很低。图2为试验中的线路避雷器。（a）（b）（b）图1 线路避雷器（a）绝缘子间隙；（b）纯空气间隙2 线路避雷器与被爱惜绝缘子（串）之间的绝缘配合原则串联间隙的主要目的就是使避雷器本体与系统电压隔离，但它在存在可能导致保护可靠性的降低或保护失败，也就是发生线路绝缘子（串）闪络而串联间隙耐受的情况。为此，串联间隙与被

4、保护绝缘子（串）放电特性的配合原则是：（1）能够可靠耐受最大工频过电压；（2）雷电冲击下串联间隙应靠动作，使被保护绝缘子（串）免于发生雷击闪络事故；（3）对于纯空气间隙，导线风偏不改变工不明显改变间隙的放电特性。图2 实验中的线路避雷器 能够靠得住耐受最大工频过电压为了做到这一点，串联间隙的间距应该足够大，以110kV电压等级为例，串联间隙应能可靠耐受95kV工频电压（126/3）。这里所说的耐受是指在实际使用条件下的耐受，即应该考虑实际使用环境中可能存在的不利气象条件下也能够耐受，如下雨、大雾等，在进行产品设计时应留有足够的余度，35是合适的数值。关于海拔高度的影响，海拔1km以下的影响不超

5、过10（IEC，60-1，1989），这正好与避雷器本体所承担的电压相当，两者相抵，可以不予考虑。在达到图5图9所示放电特性配合效果的情况下（参见下文），绝缘子间隙的工频干闪的耐受值如表1所示。表1 串联绝缘子间隙工频干闪和耐受实验（有效值）系统标称电压/kV干闪/kV干耐受/kV220110352230315180 雷电冲击下串联间隙能靠得住动作，使被爱惜绝缘子（串）免于发生雷击闪络事故单纯从满足这一要求来看，显然串联间隙的间距越小，保护失败的可能性就越小。但这与条件（1）的要求相予盾。实际上存在一个间隙范围能够同时满足条件（1）和（2）。值得指出是的，并不是串联间隙的U50低于被爱惜绝缘子

6、（串）的U50就能够知足条件（2），这是因为，间隙的放电电压有必然的随机性，比U50低一些，间隙也可能发生击穿；比U50高一些，间隙也可能不击穿。由于间隙放电电压的这种随机性，若显现如此的不利情形，串联间隙的放电电压比其U50（1）高，如达到U90（1）；而被爱惜绝缘子（串）的放电电压比其U50（2）低，如达到U10（2），参见图3，在那个地址尽管U50（2）U50（1），但这一高一低就致使了爱惜失败。那么，U50（1）应比U50（2）小多少才适合呢？此刻国内依照日本的研究结果，普遍以为只要U50（2）比U50（1）大约20就算是符合放电特性的配合要求，那么，那个20是怎么来的、意味着什么，还

7、有是不是强调U50的配合就够了，这些问题并无真正清。为此，第一研究了（U50（2）-U50（1）/U50（1）与爱惜失败率的关系，研究结果如图4所示。图3 串联间隙和绝缘子间隙绝缘配合示用意U50（1）：串联间隙50放电电压；U50（2）：被爱惜绝缘子（串）50放电电压图4 串联间隙爱惜失败率与电压差的关系从图4能够清楚地看到，爱惜失败率随着闪络电压差的增加而降低。应该选择合理的爱惜失败率，以寻求雷电冲击下靠得住闪络而工频过电压下靠得住耐受之间的平稳。若按万无一失考虑（的靠得住性），串联间隙的雷击闪络电压应比被爱惜的绝缘子（串）的低17以上。这事实上从靠得住性的概念上回答上要求U50（2）比U

8、50（1）大20的物理意义。但由于雷击引发的塔顶电位升高（严格讲应该是绝缘子串两头的电压）有时会远高于绝缘子（串）U50，乃至数倍于U50，因此，仅仅强调U50这一点是不够的，而应该比较二者的伏秒特性曲线，即不同的雷击电压下实际放电电压U（1）与U（2）之间的差值，且这一差值应该达到17左右。一般而言，对于悬式绝缘子串，由于钢帽和钢角电容链的作用，其伏秒特性较为平坦，在设计串联间隙时必须予以考虑。从图5可以看出，同样的间隙距离，不同的设计方案，实际效果差异很大，未优化时，随着雷击电压幅值的升高（闪络时间的缩短），串联间隙闪络的电压与被保护绝缘子串闪络电压的差值在明显缩小，也就是保护性能越来越差

9、，而经优化设计达到了很好的效果，满足要求。图5 串联间隙与被爱惜绝缘子串的伏秒特性曲线由于间隙结构的不对称性（专门是纯空气间隙），正、负极性雷电的放电电压存在所谓的极性效应，因此，在研究爱惜靠得住性的时候需考虑正负极性两种情形。另外，由于大地的阻碍，绕击（雷击导线）正、负极性的放电电压的还击（雷击杆塔）负、正极性的放电电压存在一些不同，因此严格的讲应该实验研究4种情形，别离是正极性雷击杆塔、负极性雷击杆塔、正极性雷击导线、负极性雷击导线，其中正极性雷击杆塔与负极性雷击导线的情形相近；负极性雷击杆塔与正极性雷击导线的情形相近。条件有限时，能够重点进行负极性雷击杆塔和负极性雷击导线这两种情形。图六

10、、图7给出了110kV线路避雷器与被爱惜绝缘子串伏秒特性曲线。从这些图中能够看到，任意击空时刻（即任意雷电流幅值下），串联间隙的雷电击穿电压要比被爱惜绝缘子串的低约17，具有较好的爱惜特性（所有数据都没有进行气象修正，但凡是同一图中的实验数据，都是在相同的大气条件下取得的，具有更好的可比性）。图6 110kV负极性还击时的伏秒特性曲线图7 110kV负极性绕击时的伏秒特性曲线对于纯空气间隙，间隙距离允许有一定的安装偏差，但若这个允讦偏差太小，实施安装会有一定难度，根据图8所示的试验结果，以及同条件下，被保护绝缘子串的绕击负极性U50、还击负极性U50，间隙距离在270430mm都是许诺的。一样

11、的理由，关于220kV，参考图9，间隙距离在470630mm是适宜的。图8 110kV纯空气间隙放电特性与间隙距离的关系图9 220kV纯空气间隙放电特性与间隙距离的关系3 线路避雷器耐大幅值雷击能力分析耐大幅值雷击能力对于线路避雷器的安全运行至关重要。那么能耐受多大的雷电流幅值才算安全合理呢？这个问题在无们收集到的资料中没有答案。为了合理确定线路避雷器的耐大幅值雷击能力，必须研究以下几项内容：（1）雷击杆塔时雷电流的幅值可能达到多大的数值；（2）当雷击杆塔时，通过线路避雷器的雷电流占整大雷电流幅值的比例是多少；（3）在确定一个可以接受的雷击损坏率的情况下，选择合适的电阻片。 雷击杆塔时雷电流

12、的幅值可能达到多大的数值根据大量实测数据，大于等于雷电流幅值I的概率为P10-88，但仅仅依照那个公式还无法回答咱们提出的第一个问题。显然，雷电流可能达到的幅值与地域范围和时刻跨度相关，地域范围越广、时刻跨度越大，可能达到的雷电流幅值将越大。从产品的雷击损坏事故率来考虑，地域范围并非重要，因为，地域范围越广，尽管超越某一雷电流幅值的雷击次数会增加，但该地域内包括的产品基数也大，二者的比值确是相对稳固的。至于时刻跨度，应该是产品预期的寿命周期，20年是一个较为合理的数值。依照交流电气装置的过电压爱惜和绝缘配合（DL/T620-1997），一基杆塔引雷的地域面积容易求得，为了保证模拟计算的准确性，

13、考虑10 000基杆塔的地域范围、20年的时刻跨度，由蒙特卡洛法模拟的雷击结果如图10所示（注意计算条件），从图中能够看到，除7次较大雷电流外，其余均在350kV以下。依照这一结果，若设计目标仅考虑350kA及以下的安全性，那么20年内，线路避雷器的雷击损坏率约为7/10 000，即能够保证20年的靠得住性。当雷击杆塔时，通过线路避雷器的雷电流占整个雷电流以幅值的比例是多少前面讨论了雷击杆塔的雷电流分布，但对于线路避雷器设计而言，仅仅给出这一结果是不够的，设计者还必须了解过过线路避雷器的雷电流占整个雷电流幅值的比例是多少。雷击杆塔后，定性地讲，雷电流被分成几个部分，一部分沿避雷器线向雷击点两侧

14、传播，一部分通过杆塔流入大地，一部分通过避雷器本体（当串联间隙被击穿时）。至于各个电流部分的具体数值，取决于避雷线及导线的几何排列、杆塔高度、接地电阻等，应用EMTP程序可以得到较为准确的答案。计算时考虑了以下几种工况：（1）较长一段线路只有一基易击塔安装了线路避雷器；（2）一个易击段全部安装了线路避雷器。根据EMTP程序的分析结果，最严重的情况是较长一段线路只有一基易击塔安装了线路避雷器，而且是A、B、C三相全装，但仅边相装一只或两个边相各装一只时情况要轻的多，但未装相的绝缘子（串）仍可能发生雷击闪络。几种应用方案下，350kA雷电流下流经线路避雷器的雷电流及其吸收的雷电能量如表2所示。从表

15、2可见，就流经线路避雷器的雷电流幅值而言并不算大，值得指出的是，通过避雷器本体雷电流波形的波尾要比目前电阻片在电流以试验波形的波尾（10s）长得我，因而同样的雷电流幅值下，电阻片实际吸收的能量要远比大电流试验时的大，为此必需要进行能量核算。对于接地电阻特别大的地区，还需详细校核才能保证其预期寿命内的可靠性。图10 安装在典型220kV线路10 000基杆塔上的线路避雷器在20年内蒙受的雷电流幅值及其散布避雷线平均高度，避雷线间距，档距400m，雷电日90，考虑运行年数20年；括号中的数值表示流过量大雷击电流的那条线路避雷器的雷电流分布情况图11 给出了额定电压为170kV、192kV、200kV时吸收能