李 侶，鄒建章

（江西省電力科學(xué)研究院，江西南昌 330096）

0 引言

江西地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，且山川河流眾多、氣候濕潤(rùn)，在全國(guó)范圍內(nèi)也屬于多雷區(qū)，線路雷擊引起的跳閘一直以來(lái)都是線路跳閘的一個(gè)重要因素。隨著全省經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模也急劇擴(kuò)大，輸電線路遭受雷擊及跳閘的可能性也顯著增加，而越來(lái)越高的供電可靠性指標(biāo)也給我們的防雷工作提出了更高的要求。為此，江西省電力公司統(tǒng)計(jì)分析了輸電線路歷年遭受雷害情況，研究了歷年線路遭受雷擊情況和雷擊故障桿塔所處的環(huán)境特點(diǎn)，并有針對(duì)性地開(kāi)展了輸電線路差異化防雷工作，由串聯(lián)間隙加避雷器本體所構(gòu)成的線路避雷器作為的一種重要的防雷手段，在提高線路耐雷水平、降低雷擊跳閘率方面起到了非常重要的作用。

1 帶串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器

自上世紀(jì)八十年代開(kāi)始，國(guó)內(nèi)外即已開(kāi)展了帶串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器的研究，并已成功地將線路避雷器應(yīng)用在了輸電線路防雷上。理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)都證明采用線路避雷器能大幅度提高輸電線路的耐雷水平[1]，特別是在雷電活動(dòng)強(qiáng)烈、土壤電阻率高且難以降低的地段和易受雷電繞擊的線段，效果更加顯著。

帶串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器與線路絕緣子串并聯(lián)使用，在線路正常運(yùn)行電壓下避雷器基本無(wú)泄漏電流流過(guò)，相當(dāng)于絕緣體；當(dāng)遭受過(guò)電壓時(shí)，其阻值急劇減小，先于絕緣子串放電，泄放雷電能量，防止絕緣子串閃絡(luò)，避免線路跳閘。

由于串聯(lián)間隙的存在，線路避雷器具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）運(yùn)行時(shí)避雷器本體基本不承受系統(tǒng)運(yùn)行電壓作用，泄漏電流極小，減緩了閥片的老化，延長(zhǎng)了避雷器的壽命，由此可大幅度減少避雷器巡檢和例行試驗(yàn)的工作量；（2）避雷器本體發(fā)生故障，帶串聯(lián)間隙結(jié)構(gòu)可將避雷器本體與系統(tǒng)隔離開(kāi)，不致造成短路而引起線路跳閘；（3）通過(guò)選擇合適的間隙距離，可使線路避雷器只在高幅值雷電過(guò)電壓下動(dòng)作，而在工頻和操作過(guò)電壓下不動(dòng)作，從而減少避雷器不必要的動(dòng)作次數(shù)。

2 線路避雷器的保護(hù)機(jī)理

雷擊輸電線路存在三種情況，雷擊桿塔頂部、雷擊避雷線和雷繞擊輸電導(dǎo)線，加裝線路避雷器對(duì)于這三種情況都具有保護(hù)作用。對(duì)于雷繞擊輸電導(dǎo)線，當(dāng)導(dǎo)線電位升高使得絕緣子兩端電壓達(dá)到線路避雷器的動(dòng)作電壓時(shí)，避雷器動(dòng)作加入分流，雷電流一部分將從避雷器流到桿塔以及避雷線，使塔頂?shù)碾娢惶Ц?，減小絕緣子串兩端的電壓差，從而避免了絕緣子閃絡(luò)。當(dāng)雷直擊塔頂或避雷線時(shí)，線路避雷器的動(dòng)作情況和繞擊的情況類(lèi)似，當(dāng)絕緣子兩端的電壓達(dá)到線路避雷器的動(dòng)作電壓時(shí)，避雷器動(dòng)作加入分流，雷電流大部分將從避雷器流到導(dǎo)線，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，絕緣子串不會(huì)發(fā)生閃絡(luò)。

帶間隙線路避雷器的動(dòng)作也會(huì)在輸電線路和桿塔之間形成瞬時(shí)短路的情況，而避雷器設(shè)計(jì)能夠確保線路避雷器在通過(guò)雷電過(guò)電壓后，串聯(lián)間隙在系統(tǒng)的第一個(gè)工頻半周期內(nèi)熄弧，小于繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間，之后線路絕緣恢復(fù)，不至形成穩(wěn)定的工頻電弧，從而避免了線路跳閘。綜合來(lái)說(shuō)，線路避雷器的保護(hù)作用體現(xiàn)在2個(gè)方面，一是鉗位，二是泄流。

3 線路避雷器的絕緣配合

為保證線路絕緣子串在雷擊過(guò)電壓下不閃絡(luò)，按照絕緣配合原則，需滿(mǎn)足以下兩點(diǎn)：

1）線路避雷器的雷電沖擊50%放電電壓應(yīng)低于絕緣子串的雷電沖擊50%放電電壓，推薦使用以下判據(jù)來(lái)考慮線路避雷器的保護(hù)性能[2]：

式中，

S——雷電沖擊標(biāo)準(zhǔn)偏差，設(shè)定為3%；

X——建議值為2.5。

2）不同過(guò)電壓波頭下線路避雷器都必須與絕緣子串配合，即全時(shí)段工況下線路絕緣子串及線路避雷器的伏秒特性曲線包絡(luò)線都不能有交點(diǎn)，要求避雷器雷電沖擊（波頭時(shí)間在1μs～10μs）伏秒特性曲線應(yīng)比被保護(hù)的線路絕緣子串的雷電沖擊伏秒特性曲線至少低10%[2]。

4 線路避雷器的保護(hù)范圍

在過(guò)電壓與防雷保護(hù)領(lǐng)域，保護(hù)范圍是一個(gè)備受關(guān)注的話題，就避雷器而言，對(duì)于電站型避雷器，由于需要限制的主要是以行波形式出現(xiàn)的各種過(guò)電壓波形，而且避雷器的安裝位置具有一定的調(diào)節(jié)空間，因此保護(hù)距離有一個(gè)明確的長(zhǎng)度單位；而對(duì)于線路避雷器，安裝位置只能在桿塔上，而且雷擊閃絡(luò)點(diǎn)也只會(huì)出現(xiàn)在桿塔上，所以將保護(hù)范圍定義為本基桿塔安裝的線路避雷器能否保護(hù)臨近第1基桿塔、臨近第2基桿塔、或是臨近第N基桿塔是比較合理的，能夠保護(hù)的桿塔越多，相應(yīng)的保護(hù)范圍就越大。

在討論線路避雷器的保護(hù)范圍之前，必須明確保護(hù)范圍的涵義，由于雷電流大小和雷擊點(diǎn)都是可以變化的，所以如果要充分證明安裝于本基桿塔的線路避雷器可以保護(hù)臨近第N基桿塔必須同時(shí)從兩個(gè)方面考慮，一是雷擊點(diǎn)位于本基桿塔，雷電流較小時(shí)本基桿塔和臨近桿塔都不會(huì)發(fā)生閃絡(luò)，隨著雷電流的增大，本基桿塔仍然不會(huì)發(fā)生閃絡(luò)，臨近第N基桿塔也不發(fā)生閃絡(luò)，而臨近第N+1基桿塔可能發(fā)生閃絡(luò)；二是本基桿塔安裝線路避雷器能否提高臨近第N基桿塔的耐雷水平。只有同時(shí)滿(mǎn)足這兩個(gè)條件，才可以說(shuō)線路避雷器的保護(hù)范圍達(dá)到了N基桿塔。

4.1 反擊保護(hù)范圍

以220 kV單回ZMD型桿塔為例，桿塔呼高36 m，接地電阻10Ω，檔距L=300 m，絕緣子干弧距離為2.04 m，鄰塔計(jì)算條件相同。未裝設(shè)避雷器時(shí)桿塔耐雷水平為91 kA，現(xiàn)在桿塔兩邊相加裝線路避雷器，雷擊本桿塔頂部，隨著雷電流增加計(jì)算結(jié)果如下：

1）I=145 kA時(shí)，全線都不發(fā)生閃絡(luò)；

2）I=160 kA時(shí)，本基桿塔和相鄰第一基塔不閃絡(luò)，而第二基塔閃絡(luò)，即“保護(hù)范圍”可視為1基塔；

3）I=170 kA時(shí)，本基桿塔不閃絡(luò)，而相鄰塔全部閃絡(luò)，此時(shí)僅僅能夠保護(hù)裝避雷器桿塔。

當(dāng)雷擊于裝設(shè)避雷器的桿塔和相鄰桿塔之間的避雷線上時(shí)，下表1列出了引起鄰塔發(fā)生閃絡(luò)的反擊閃絡(luò)電流值?？梢钥闯觯弘S著落雷點(diǎn)靠近臨近桿塔，臨塔反擊耐雷水平下降，到雷擊于臨塔時(shí)，其反擊耐雷水平下降至其原始值，即本塔裝設(shè)的線路避雷器無(wú)法保護(hù)相鄰塔。

表1 鄰塔反擊閃絡(luò)電流隨落雷點(diǎn)變化情況（以本基安裝線路避雷器桿塔為原點(diǎn)）

4.2 繞擊保護(hù)范圍

以220 kV萬(wàn)虎Ⅱ線ZMD型桿塔為例。取檔距L=400 m，由于為單回桿塔，繞擊只可能發(fā)生在兩邊相。對(duì)于ZMD型桿塔，由仿真結(jié)果可知兩邊相加裝線路避雷器后繞擊耐雷水平達(dá)到24 kA，而根據(jù)電氣幾何模型，對(duì)ZMD型桿塔最易發(fā)生繞擊的邊相地面傾角為10°的情況進(jìn)行計(jì)算，其最大繞擊電流為21.2 kA，繞擊耐雷水平Isc約為5.6 kA，當(dāng)繞擊雷電流I大于Isc時(shí)就會(huì)造成線路絕緣子閃絡(luò)。當(dāng)繞擊點(diǎn)位于安裝線路避雷器桿塔絕緣子與線路連接點(diǎn)時(shí)，隨著雷電流增大，計(jì)算結(jié)果如下：

1）I=20 kA時(shí)，全線都不閃絡(luò)；

2）I=22 kA時(shí)，本基桿塔和相鄰第1基塔不閃絡(luò)，而第2基塔閃絡(luò)，即“保護(hù)范圍”為1基塔。

3）I=24 kA時(shí)，本基桿塔不閃絡(luò)，相鄰桿塔全部閃絡(luò)，即線路避雷器僅能保護(hù)本基桿塔。

當(dāng)繞擊點(diǎn)向臨塔移動(dòng)時(shí)，臨塔繞擊閃絡(luò)電流下降，如下表2所示?？梢?jiàn)，就繞擊而言，線路避雷器也僅能保護(hù)本基桿塔。

表2 繞擊閃絡(luò)電流隨落雷點(diǎn)變化情況（以本基安裝線路避雷器桿塔為原點(diǎn)）

由此可以看出，不管從反擊還是繞擊的角度看，線路避雷器都不能有效保護(hù)臨近桿塔，而僅能保護(hù)本基桿塔，即線路避雷器不存在“保護(hù)外延”，希望通過(guò)安裝線路避雷器來(lái)保護(hù)整條線路或是一段線路的想法都是不現(xiàn)實(shí)的。由于目前單只線路避雷器的價(jià)格還比較昂貴，若大規(guī)模安裝不僅不經(jīng)濟(jì)，而且也是沒(méi)有必要的，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，應(yīng)選擇在易擊段、易擊桿、且接地電阻難以降低的區(qū)段或桿塔選擇性安裝方可取得比較好的效果。

5 線路避雷器使用

線路避雷器在輸電線路防雷中應(yīng)用效果顯著，未來(lái)隨著設(shè)計(jì)、制造技術(shù)的進(jìn)步和成本的降低必然獲得更加廣泛的應(yīng)用，與此同時(shí)有幾點(diǎn)需要加以注意。

5.1 安裝地點(diǎn)選擇

1）一般原則：避雷器安裝位置一般應(yīng)選在線路的易擊段、易擊桿和易擊相。在分析和確定避雷器安裝位置和數(shù)量時(shí)，已有雷害記錄的桿塔、耐雷水平低的桿塔及山區(qū)、高電阻率地區(qū)應(yīng)優(yōu)先考慮加裝避雷器，并應(yīng)對(duì)線路反擊和繞擊的情況區(qū)別對(duì)待。

2）防反擊：為降低反擊跳閘率，單回線路三相均安裝避雷器；同塔雙回線路，宜在其中一回安裝避雷器。

3）防繞擊：?jiǎn)位芈肪€路，安裝在兩邊相；對(duì)于經(jīng)過(guò)山坡的線路，避雷器應(yīng)安裝在下山坡側(cè)桿塔邊相。同塔雙回線路，鼓型排列的，宜安裝在中相。對(duì)于經(jīng)過(guò)山坡的線路，避雷器宜安裝在下山坡側(cè)桿塔中、下相?？缟焦鹊木€路宜安裝在兩側(cè)桿塔的中、下相。

5.2 線路避雷器安裝

目前的很多桿塔在設(shè)計(jì)的時(shí)候并未考慮加裝線路避雷器的需求，避雷器的加裝會(huì)對(duì)桿塔產(chǎn)生額外的負(fù)重和相應(yīng)扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，特別是對(duì)于邊相，安裝不當(dāng)有可能會(huì)對(duì)桿塔和安裝支架造成損壞，所以在避雷器安裝之前需咨詢(xún)廠家和桿塔設(shè)計(jì)部門(mén)。

避雷器安裝應(yīng)充分考慮安全距離的因素，避雷器本體必須垂直安裝，注意本體避雷器鉛垂線與塔身的距離，確保安裝人員的人身安全；注意避雷器各部分與線路絕緣子的距離，防止線路運(yùn)行過(guò)程中的異常放電。

5.3 運(yùn)行維護(hù)

根據(jù)帶間隙線路避雷器的生產(chǎn)工藝和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，《交流輸電線路用復(fù)合外套金屬氧化物避雷器》（DL/T 815-2012）規(guī)定帶間隙避雷器投運(yùn)后的維護(hù)工作可以采用以下方式：只需定期巡視（每年至少一次，雷雨季節(jié)之前），目測(cè)避雷器的外觀是否有損壞情況，并記錄計(jì)數(shù)器的動(dòng)作次數(shù)。

6 結(jié)束語(yǔ)

作為一種重要的高壓輸電線路防雷措施，線路避雷器的防雷效果取決于其與線路絕緣子串的絕緣配合、以及選點(diǎn)、安裝、運(yùn)行維護(hù)等因素，本文重點(diǎn)對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了分析，并對(duì)線路避雷器的保護(hù)范圍進(jìn)行了探討。線路避雷器作為一種成本較高的防雷措施，應(yīng)與降低桿塔接地電阻、安裝負(fù)角保護(hù)針、安裝雷電接閃器等其他措施相結(jié)合，實(shí)施差異化防雷，才能最大限度地體現(xiàn)其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

[1]陳廣生.外串間隙線路型避雷器在架空輸電線路中的防雷作用[J].廣東電力,2006，19（10）：61-65.

[2]Q/GDW-11-263-2010，浙江電網(wǎng)交流輸電線路用有串聯(lián)間隙復(fù)合外套金屬氧化物使用導(dǎo)則[S].

[3]DL/T620-1997，交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合[S].

[4]GB311.1，高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合[S].