徐肖偉，尹東，聶鼎，楊少鋒，牛力宵，李永卿，彭應(yīng)超

（1. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司云南電力科學(xué)研究院，云南 昆明 650217；2. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司云南臨滄供電局，云南 臨滄 677099；3. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司云南紅河供電局，云南 紅河 651400）

0 前言

用于線路防雷的避雷器類型有多種，例如多腔室避雷器、大通流避雷器、無(wú)間隙避雷器、帶串聯(lián)間隙避雷器，但歸結(jié)類型終為兩類：一種是帶串聯(lián)間隙或純間隙型，另一種是無(wú)串聯(lián)間隙型。

帶串聯(lián)間隙避雷器是由避雷器本體和外間隙串聯(lián)組成，避雷器本體只有在間隙放電時(shí)才承受雷擊過(guò)電壓和工頻電壓。正常運(yùn)行不動(dòng)作時(shí)，由于間隙的隔離作用，避雷器的電阻片不承擔(dān)任何電壓，也就無(wú)劣化問(wèn)題，因此帶有串聯(lián)間隙避雷器具有可靠性高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在配網(wǎng)線路防雷上得到了大面積的應(yīng)用，其中帶串聯(lián)間隙型的間隙距離直接決定了避雷器的防雷效果[1-4]。帶串聯(lián)間隙的避雷器在雷擊時(shí)應(yīng)能可靠擊穿動(dòng)作，而運(yùn)行中配網(wǎng)線路使用的帶串聯(lián)間隙避雷器大多數(shù)僅給出了粗略的間隙距離，設(shè)備安裝時(shí)不同產(chǎn)品的間隙距離差距較大，帶來(lái)的后果就是無(wú)法保證避雷器正常動(dòng)作，從而“放過(guò)”了一定數(shù)量的雷擊過(guò)電壓，造成雷擊侵入到線路末端的設(shè)備。

文獻(xiàn)[7]分析不同避雷器類型、不同桿塔沖擊接地電阻以及雷擊位置等對(duì)避雷器防護(hù)效果的影響并分析其保護(hù)范圍，提出需要每隔6～8基桿塔安裝一組避雷器的建議；文獻(xiàn)[8] 對(duì)比分析采用避雷線和避雷器對(duì)線路感應(yīng)過(guò)電壓的防護(hù)效果，得出避雷器抑制過(guò)電壓效果更為明顯的結(jié)論；文獻(xiàn)[9]計(jì)算了避雷器安裝間距與線路閃絡(luò)降低百分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系曲線，建議每隔300 m 裝一組避雷器。上述文獻(xiàn)的研究為避雷器的安裝配置方式提供了參考指導(dǎo)建議，但仍存在較大的局限性：一是10 kV 線路以遭受感應(yīng)雷為主，雷擊會(huì)導(dǎo)致附近的桿塔均可能發(fā)生雷擊閃絡(luò)，未加裝避雷器的桿塔會(huì)成為雷擊薄弱點(diǎn)，線路雷擊跳閘風(fēng)險(xiǎn)依然較高，在安裝密度上仍有待繼續(xù)優(yōu)化；二是10 kV 線路避雷器大部分都帶有串聯(lián)空氣間隙，其防雷效果與安裝位置關(guān)系密切，放電間隙距離調(diào)節(jié)、金具安裝位置均成為防雷效果的關(guān)鍵影響因素。現(xiàn)有的文獻(xiàn)分析提供了理論的仿真分析[10-12]，但仍需要實(shí)測(cè)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持。

1 避雷器間隙距離確定原則

串聯(lián)間隙避雷器間隙距離的確定，需要滿足3 個(gè)條件：

1）雷電沖擊下，間隙應(yīng)可靠動(dòng)作，以保證被保護(hù)設(shè)備免于雷擊閃絡(luò)擊穿；

2）能夠耐受暫時(shí)過(guò)電壓和部分操作過(guò)電壓；

3）雷擊動(dòng)作后，間隙間的工頻續(xù)流應(yīng)在半個(gè)周波內(nèi)遮斷。

對(duì)于條件（1），根據(jù)配網(wǎng)設(shè)備的雷電耐壓耐受水平比較，配電變壓器、電壓互感器、智能斷路器的雷電耐受均為負(fù)極性75 kV，針式絕緣子的雷擊耐受為120 kV，因此，間隙的雷電50%擊穿電壓U50應(yīng)不大于75 kV，方可確保被保護(hù)設(shè)備；對(duì)于條件（2），由于工頻過(guò)電壓持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，其能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于雷擊過(guò)電壓的能量，線路在間歇性接地故障時(shí)導(dǎo)致的弧光過(guò)電壓，其過(guò)電壓最高可達(dá)3～5 倍相電壓的工頻過(guò)電壓[5]，在諧振過(guò)電壓下，基頻諧振過(guò)電壓約3倍相電壓、高頻諧振過(guò)電壓最大為4～5 倍相電壓[6],由此可見(jiàn)，其過(guò)電壓幅值最高為28 kV，因此串聯(lián)間隙在28 kV 操作過(guò)電壓下不應(yīng)動(dòng)作，以避免較大工頻過(guò)電壓能量帶來(lái)避雷器的不必要的損壞。

2 串聯(lián)間隙距離的實(shí)驗(yàn)分析

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置和方法

實(shí)驗(yàn)采用400 kV 雷電沖擊發(fā)生器，試品為一可調(diào)間隙的串聯(lián)間隙避雷器，并聯(lián)一支P-20 型針式絕緣子。如圖1 所示。雷電發(fā)生器空載輸出的電壓波形為1.2/50 μs 標(biāo)準(zhǔn)雷電波，如圖2 所示。

圖1 雷電沖擊實(shí)驗(yàn)裝置

圖2 標(biāo)準(zhǔn)雷電波輸出波形

圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 U50法確定間隙距離

對(duì)不同的間隙距離開(kāi)展雷電沖擊實(shí)驗(yàn)，采用高電壓領(lǐng)域常用的50%擊穿電壓法來(lái)確定不同間隙對(duì)應(yīng)的正負(fù)極性雷電沖擊電壓值，選取6.6 cm、5 cm 兩個(gè)距離。實(shí)驗(yàn)在高海拔2000 m實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，溫度范圍在14℃～18℃、濕度為35%，串聯(lián)間隙的球隙等效直徑為2.5 cm，試驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。

表1 不同的間隙距離對(duì)應(yīng)的雷電沖擊電壓

典型的帶串聯(lián)間隙的避雷器在雷電沖擊試驗(yàn)的波形如圖4 所示。

圖4 串聯(lián)間隙的避雷器在雷電沖擊試驗(yàn)的波形

帶串聯(lián)間隙的避雷器在過(guò)電壓動(dòng)作時(shí)，可關(guān)注兩個(gè)電壓值，一是間隙擊穿時(shí)的電壓峰值，由于間隙的時(shí)延特性，其擊穿時(shí)的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于避雷器的殘壓值，即會(huì)出現(xiàn)一個(gè)幅值較高的尖峰，一旦間隙擊穿產(chǎn)生電弧，間隙兩極相當(dāng)于短路，此時(shí)電壓值為避雷器閥片的殘壓，此類型避雷器內(nèi)部有2 片閥片，其殘壓值約為21 kV，即擊穿后，其殘壓值穩(wěn)定在21 kV，保護(hù)了其他設(shè)備的運(yùn)行安全。

2.3 合適的間隙距離確定原則

以5 cm 的間隙距離可認(rèn)為是較為合適的間隙距離。主要原因一是該距離下無(wú)論正負(fù)極性的過(guò)電壓，均可以限制正在75 kV 以下，可避免超過(guò)一次主設(shè)備出廠耐壓值的雷擊電壓在線路中傳播。二是該間隙下的工頻耐壓值為44 kV，遠(yuǎn)高于系統(tǒng)中有可能產(chǎn)生的工頻過(guò)電壓，在安全的工頻過(guò)電壓下，該間隙可確保不會(huì)動(dòng)作。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析了配網(wǎng)用帶串聯(lián)間隙線路避雷器的間隙距離確定方法，獲得以下結(jié)論：

1）帶串聯(lián)間隙避雷器在雷電沖擊下會(huì)有較高的擊穿電壓，由于空氣間隙的時(shí)延特性，其幅值主要由間隙距離決定，與避雷器閥片數(shù)量無(wú)關(guān)。

2）帶串聯(lián)間隙避雷器擊穿后的殘壓值，全部由避雷器閥片決定，與間隙距離無(wú)關(guān)。

3）帶串聯(lián)間隙避雷器的間隙距離選擇5 cm較為合適，該間隙下的U50電壓約為75 kV，可以較好地保護(hù)一次設(shè)備，又能隔離工頻過(guò)電壓，不至于引起避雷器的頻繁動(dòng)作而損壞。