林志明
(廣東電網(wǎng)有限責任公司江門供電局,廣東江門529000)
避雷器是一種過電壓限制裝置,早期主要用來限制由線路傳入的雷電過電壓幅值,后來發(fā)展到用來限制操作過電壓。避雷器同時能截斷續(xù)流,避免接地短路。避雷器在正常電壓下不動作,只有遭受雷擊或者操作過電壓,電壓值達到動作電壓規(guī)定值時,避雷器導通通過大電流,釋放電壓能量,從而限制過電壓,達到保護設(shè)備的目的。避雷器一般接于帶電導線,和保護電力設(shè)備并聯(lián)。
從發(fā)展歷程上來看,電力系統(tǒng)中采用過的避雷器有氧化鋁避雷器、非線性電阻型避雷器、磁吹閥式避雷器和氧化鋅避雷器。氧化鋅避雷器是目前國際上理想的過電壓保護器,相比傳統(tǒng)的碳化硅避雷器,其電阻片的伏安特性得到很大的改善,通流能力也大大提升,可以做成無間隙避雷器,因此帶來了電氣結(jié)構(gòu)特點的根本變化。
目前,線路避雷器多為氧化鋅避雷器。其工作原理為:線路避雷器并聯(lián)連接在線路絕緣子的兩端,避雷器本身由數(shù)個氧化鋅壓敏電阻(俗稱閥片)串聯(lián)而成,閥片是線路避雷器工作的關(guān)鍵。每一塊壓敏電阻從制成時就有一定的開關(guān)電壓(叫壓敏電壓),在正常的工作電壓下(即小于壓敏電壓)壓敏電阻值很大,相當于絕緣狀態(tài);但在沖擊電壓作用下(大于壓敏電壓),壓敏電阻呈低值被擊穿,相當于短路狀態(tài)。然而壓敏電阻被擊穿狀態(tài)是可以恢復的,當高于壓敏電壓的電壓撤銷后,它又能恢復高阻狀態(tài)。當輸電線路遭受雷擊時,雷電波的高電壓使壓敏電阻擊穿,避雷器的放電電壓或殘壓低于線路絕緣子的放電電壓,避雷器將先于絕緣子放電,雷電流通過壓敏電阻流入大地,限制了線路上的雷電過電壓,從而絕緣子不放電,達到了防止線路雷擊跳閘的目的。
從結(jié)構(gòu)上來分,如圖1所示,線路避雷器分為無間隙避雷器和帶串聯(lián)間隙避雷器兩種。無間隙避雷器主要用于限制雷電過電壓及操作過電壓;帶串聯(lián)間隙避雷器又分絕緣子間隙和純空氣間隙兩種,主要用于限制雷電過電壓或部分操作過電壓。
(1)無間隙線路避雷器:結(jié)構(gòu)比較簡單,保護性能較好,分散性小,動作很靈敏;但由于電阻片運行荷電率高,容易老化;且避雷器一旦故障則立馬引起跳閘;維護工作量不小,需每年進行預防性試驗。適用范圍:適用于線路及變電站內(nèi)和附近設(shè)備的操作過電壓和雷電過電壓。
(2)帶間隙線路避雷器:對絕緣子串雷擊閃絡(luò)具有良好的保護性能;放電電壓分散;電阻片運行荷電率很低,不容易老化;有間隙隔離,在避雷器故障時,間隙可承受運行電壓;維護工作量很小,但需安裝設(shè)計。適用范圍:一般用于架空線路的防雷,可顯著減少雷害事故及雷擊跳閘率。
1)純空氣間隙避雷器:間隙距離安裝精度低,受風偏等因素影響;安裝要求較高,只允許正掛、倒立,不允許斜掛和水平懸掛,適用范圍較窄;不存在間隙故障的問題。適用范圍:僅適用于直線塔塔型。
2)絕緣子間隙避雷器:間隙距離穩(wěn)定,精度高,不受風偏等因素影響;安裝方便,可以正掛、倒掛、側(cè)掛、斜掛和水平懸掛,適用范圍較寬;間隙支撐絕緣子長期承受運行相電壓。適用范圍:適用于直線塔、耐張塔、轉(zhuǎn)角塔等多種塔型。
圖1 避雷器的類型
輸電線路應選用金屬氧化鋅避雷器(帶有外部串聯(lián)間隙結(jié)構(gòu)),本體則可采用復合外套絕緣。500 kV輸電線路宜選用帶空氣間隙結(jié)構(gòu)的金屬氧化物避雷器,220 kV及以下線路可選用帶空氣間隙或絕緣子支撐間隙結(jié)構(gòu)的金屬氧化物避雷器。
由于線路避雷器的保護是有限的,一只避雷器只能保護一串絕緣子或一基塔,這與雷電過電壓性質(zhì)和雷電流強度有關(guān)。但無論是雷擊檔距中央或雷擊塔頂,還是反擊和繞擊,避雷器的保護對于被保護串而言都是貼身有效的。由于線路避雷器的保護范圍只有基本相,所以在考慮經(jīng)濟技術(shù)性的情況下,要根據(jù)線路的參數(shù)、微地形、微氣象、歷史跳閘情況、雷電流活動情況統(tǒng)籌分析,合理選擇安裝點。
(1)地閃密度達到D3及以上的地域,地面傾角超過15°且桿塔高度超過50 m的桿塔選擇安裝避雷器。
(2)地閃密度達到D3級及以上的地域,通過改造難以滿足接地電阻要求的桿塔可選擇安裝避雷器。
(3)歷史跳閘桿塔及前后一基桿塔可考慮安裝避雷器。
(4)對可能造成直流線路換相失敗的交流線路易擊段可安裝避雷器。
(1)對單回輸電線路一般檔距桿塔(檔距小于1 000 m)在其兩邊相各安裝一支避雷器,對大跨越桿塔(檔距大于1 000 m)建議三相均安裝避雷器。
(2)同塔雙回線路:
1)安裝一支避雷器:對同塔雙回線路的每基桿塔,若只能安裝一支避雷器,建議安裝在上相,以此提高線路反擊耐雷水平;為提高線路繞擊耐雷水平,建議安裝在保護角相對較大的一相(對傘形雙回路桿塔安裝在下相,對鼓型雙回路桿塔安裝在中相);若線路處于邊坡位置,建議避雷器安裝在邊坡外側(cè)的一回上。
2)安裝兩支避雷器:如果在同塔雙回線路的每基桿塔上安裝兩支避雷器,為提高線路反擊耐雷水平,建議安裝在兩回的上相;為提高線路繞擊耐雷水平,建議在兩回路中保護角相對較大的一相上各安裝一支(對傘形雙回路桿塔安裝在兩個下相,對鼓型雙回路桿塔安裝在兩個中相);為防止同跳,建議兩支避雷器安裝在邊坡外側(cè)的同一回路上、中兩相。
3)安裝三支避雷器:在安裝兩支避雷器的基礎(chǔ)上,為提高線路反擊耐雷水平,建議將第三支避雷器安裝在邊坡外側(cè)一回的中相;為提高線路繞擊耐雷水平,建議將第三支避雷器安裝在邊坡外側(cè)一回中保護角相對較大的一相(對傘形雙回路桿塔第三支避雷器安裝在邊坡外側(cè)一回中相,對鼓型雙回路桿塔第三支避雷器安裝在邊坡外側(cè)一回上相);為防止同跳,建議三支避雷器安裝在邊坡外側(cè)的同一回路上、中、下三相。
4)安裝四支避雷器:如果在同塔雙回線路的每基桿塔上安裝四支避雷器,為提高線路反擊耐雷水平,建議安裝在兩回的上、中相;為提高線路繞擊耐雷水平,建議在兩回路中保護角相對較大的兩相上各安裝兩支(對傘形雙回路桿塔安裝在中、下相,對鼓型雙回路桿塔安裝在上、中相);為防止同跳,建議將三支避雷器安裝在邊坡外側(cè)的同一回路上、中、下三相,第四支避雷器安裝在另一回的上相。
5)一般情況下不會安裝超過5支或更多的避雷器,原則上不超過4支,一般都是2~3支便可。
(3)同塔四回線路:同塔四回輸電線路每基桿塔原則上只安裝3~9支避雷器。如果線路的位置位于邊坡,一般在邊坡外側(cè)的一回上安裝避雷器。
線路避雷器有效提高了輸電線路的防雷能力,保證了輸電線路的安全運行,提高了電網(wǎng)的安全性和經(jīng)濟性。
[1]電力設(shè)備預防性試驗規(guī)程:Q/CSG 114002—2011[S].
[2]交流無間隙金屬氧化物避雷器:GB 11032—2010[S].