110kV输电线路的线路避雷器防雷问题分析.pdf

广西电力 2 0 0 7年第2期 1 1 0 k v输电线路的线路避雷器防雷问题分析 an a l y s i s f o r li g ht n i n g pr o t e c t i o n b y li n e s u r g e ar r e s t e r o n 1 1 0 kv tr a n s mi s s i o n li ne 郑 江 ， 石振江2 ， 朱洪昌2 z h e n g j i a n g 1 ， s h i z h e n - j i a n g 2 ， z h u h o n - c h a n g 2 ( 1 广西大学电气工程学院， 广西南宁5 3 0 0 0 4 ；2 广西防城港供电局， 广西防城港5 3 5 6 0 0 ) 摘要： 对线路避雷器与杆塔绝缘子串的并联安装形式进行了分析 ， 指出， 在杆塔绝缘子串、 线路避雷器先后承受雷电过电 压的情况下， 线路避雷器将有可能失去保护作用。文中还提出了改进意见， 建议应从设计及运行上改进线路避雷器的安装， 使雷击杆塔顶部时所产生的雷电过电压先作用于线路避雷器， 后作用于杆塔绝缘子串， 或至少同时作用于两者 ， 以有效发挥 线路避雷器的防雷保护作用。 关键词： 输电线路； 防雷保护； 线路避雷器； 电力系统 中图分类号： t 偶6 2 ； t m8 6 3 文献标识码 ： b 文章编号： 1 6 7 1 8 3 8 0 ( 2 0 0 7 ) 0 2 0 o 6 2 0 3 1 引言 新兴 一深沟 1 1 0 k v输 电线路全长 5 6 1 k m， 全 线路共计有 1 8 3 基杆塔 。线路位于雷 电活动特别频 繁、 强烈 的地区 ， 根据气象部 门提供的资料 ， 线路经 过地区的年平均雷电 日高达 1 2 0 d左右。线路的雷 害问题十分突出， 线路 自1 9 9 5年 1 月建成投入运行 以来的年均雷击跳闸次数高达 5 次， 其中 1 9 9 8 年跳 闸 8次 。 2 0 0 0年跳闸 9次。为 了提高线路 的耐雷水 平， 全线路于 1 9 9 9 年进行过接地装置改造， 降低线 路杆塔 的接地电阻 ， 并将原瓷质 防污绝缘子全部更 换为合成绝缘子。线路还于 2 0 0 3 年 6 月在 1 1 基易 击杆塔上安装了 9组 2 7 支线路避雷器。但是， 仅 2 0 0 5 年 6 8 月， 线路的雷击跳闸次数就高达 8次 之多， 严重地影响了电网的安全运行。 本文将线路避雷器与杆塔绝缘子串的并联安装 形式 ， 分为雷击杆塔顶部所产生的雷电过电压 ， 先后 作用于两者 、 同时作用于两者及先作用于后者 ， 再作 用于前者等 3 种形式 1 - 4 ， 分析采用第 3 种形式安 装线路避雷器的新兴 一深沟 1 1 0 k v线路 的雷害 问 题。指出， 在杆塔绝缘子串、 线路避雷器先后承受雷 电过电压的情况下， 线路避雷器将有可能失去保护 作用 5 - 6 。文中还提出了改进意见， 可供线路避雷 器的设计、 运行维护参考。 收稿 日期： 2 0 0 6一l 1 2 2 2 不同安装形式的线路避雷器在 防雷中的 作用 1 1 0 k v线路避雷器由避 雷器本体及 串联空气 间隙组合而成【 7 - 1 1 。线路避雷器经支架吊挂与线 路杆塔绝缘子串相并联， 可分为雷电过电压先后作 用于两者 、 同时作用于两者及先作用于后者 ， 再作用 于前者等 3种形式 ， 如图 1 、 图 2 、 图 3所示【 1 - 4 。 图1 雷电过电压先作用于线路避雷器 避雷线 i 杆塔顶部的雷击点 绝 缘子 串 导 线 图 2 雷电过电压同时作用于两者 维普资讯 2 0 0 7年第 2期 广西电力 间隙 图3 雷电过电压先作用于杆塔绝缘子串 第 1 种情况。在图 1 中， 当雷击线路杆塔顶 部时， 雷电过电压先作用于线路避雷器， 线路避雷器 起保护作用。当线路避雷器动作时， 一方面， 避雷器 本体动作， 串联空气间隙被击穿， 约有 1 0 的雷电 流经避雷器本体及短接串联空气间隙的电弧流向导 线分流， 构成线路避雷器的钳电位作用， 避免绝缘子 串发生闪络； 另一方面， 导线分流雷电流可起耦合地 线作用， 降低杆塔顶部的雷电位 ， 增大同杆塔相邻相 导线的耦合系数， 提高同杆塔相邻相绝缘子串的耐 雷水平 1 1 。 第 2 种情况。在图 2中， 雷电过电压同时作 用于线路避雷器与杆塔绝缘子串， 当雷电过电压的 幅值高于或等于杆塔绝缘子串的5 0 冲击放电电压 时， 只要线路避雷器的动作时间快于杆塔绝缘子串的 闪络时间， 则线路避雷器同样可起保护作用 5 - 6 。 第 3种情况。在图 3中， 雷电过电压先直接 作用于杆塔绝缘子串， 再作用于线路避雷器， 当雷电 过电压的幅值高于或等于杆塔绝缘子串的 5 0 冲 击放电电压时， 雷电过电压将有可能直接造成杆塔 绝缘子串闪络， 使线路避雷器失去保护作用 5 - 6 。 3 线路避雷器的安装位置及雷击杆塔 新兴一深沟 1 1 0 k v输电线路于 2 0 0 3 年 6 月采 用雷电过电压先作用于杆塔绝缘子串， 后作用于线 路避雷器的安装形式 ， 在该线路 的 1 l 基易击杆塔上 安装了 9组 2 7支线路避雷器 ， 线路避雷器的具体安 装杆塔详见表 1 。2 0 0 5年 6 8月、 2 0 o 6年 6 7月 线路遭受雷击闪络的杆塔见表 2 、 表 3 。从表 1 、 表 2 、 表 3 可见， 雷击闪络故障相有以下几个特点： 雷击造成两相故障的情况居多， 占4 6 1 5 ； 线路避雷器安装杆塔 与遭受雷击 闪络 的杆 塔， 除 1 3 7 号、 1 5 1 号、 1 6 3 号选点准确外， 其余的均 有较大出入； 雷击闪络杆塔 1 5 1 号虽然三相全部都安装了 线路避雷器， 但在遭受雷击时却照样发生了三相绝缘 子串闪络故障， 而 1 3 7 号 a， b两相安装了线路避雷 器， 也在遭受雷击时发生了三相绝缘子串闪络故障； 表 1 线路避雷器安装杆塔 安装杆塔 号 安装相 a a， b， c a， b， c a， b， c a， b， c a， b， c a b a b a b a， b， c a c 表 2 2 0 0 5年 6 8月线路雷击闪络杆塔 表 3 2 0 0 6年 6 7月线路雷击闪络杆塔 安装在 1 5 1号、 1 6 3号杆塔 的三相线路避 雷 器对相邻 1 5 0 号、 1 6 4号杆塔的雷击过电压不起保 护作用 ； 2 0 0 5年 7月 2 3日的雷击造成两相故障跳 闸， 但找不到故障点； 2 0 0 6年 6月 2 9日， 相距 约 7 k m 的 1 6 4号、 1 8 3 号在同一天、 同一时刻a， c相遭受雷击跳闸。 所有这些， 都是值得研究的问题。 4 问题分析 在雷电活动特别频繁、 强烈地区， 当雷击杆塔 顶部， 造成线路杆塔单相绝缘子串故障时， 由于此时 导线仅可分流约 1 0 的雷电流， 杆塔顶部的雷电过 电压的降低程度有限， 将仍有可能对未安装线路避 雷器的正常相杆塔绝缘构成威胁， 造成两相甚至三 相故障 1 - 6 。这有可能是表 2 、 表 3中雷击造成两 相甚至三相故障情况居多的主要原因。 躬 m m 维普资讯 广西电力 2 0 0 7年 第 2期 从 线 路 的 地 理 条 件 及 实 际 运 行 情 况 来 看 4 - 5 j ， 新兴 一深沟 1 1 0 k v线 路 的每一基杆塔 几 乎都有可能遭受雷击， 而安装线路避雷器的杆塔仅 占 全 线路 杆塔 的 5 6 ， 是 很难 准 确选 定 的 5 6 l 。 安装线路避雷器并不能完全改变线路杆塔的 雷击 ( 引雷 ) 特性【 5 - 6 ， 即安装有线路避雷器 的杆塔 同样有可能遭受雷击 。新兴 一深沟 1 1 0 k v线路采 用图 3所示 的线路避雷器安装形式 ， 线路避雷器与 杆塔绝缘子 串有一定 的并联 距离 ( 2 m) ， 雷电过电 压先作用于杆塔绝缘 子 串， 后作 用于线路避雷器 。 这有可能是三相全部都安装了线路避雷器的 1 5 1 号 杆塔 、 两相安装 了线路避雷器 的 1 3 7号杆塔在遭受 雷击 时照样发生三相绝缘子串闪络故障的原因。这 也意味着 ， 在现行杆塔绝缘子串、 线路避雷器先后承 受雷 电过电压的情况下 ， 线路避雷器将有可能起不 到保护作用。而且 ， 还很有可能带来不该发生 的线 路故障跳闸。例如， 在多重性雷击的情况下， 单相或 两相线路避雷器动作都有可能引起线路跳闸 j 。 并且， 这种由单相或两相线路避雷器动作所引起的线 路跳闸， 由于并没有发生杆塔绝缘子 串闪络事故 ， 故 往往很难 找到故障点【 5 - 6 j 。表 2中 2 0 0 5年 7月 2 3 日的雷击故障点找不到， 就很有可能属于这种情况。 线路避雷器最多只能保护安装相杆塔的绝缘 子串 1。例如 2 0 0 5年 7月 2日9 ： 0 5雷击杆塔 1 5 0 号( a， b相闪络) ， 其相邻杆塔 1 5 1号 已三相装设线 路避雷器 ， 而 1 5 0 1 5 1 号之 间的档距 只有 3 1 1 m， 但 1 5 0 号却照样发生了两相闪络故障， 1 5 1 号杆塔 的三相线路避雷器对相邻杆塔 1 5 1 号无保护作用。 表 3中， 1 6 4号在 5 d内 2次遭受雷击。其中 2 0 0 6年 6月 2 9日遭受雷击 a， c相 闪络 ， 2 0 0 6年 7 月 3日在 6月 2 9日 a， c相闪络未处理的情况下再 次遭受雷击 b相闪络 ， 说 明 1 6 4号杆塔为易击杆塔。 雷云有可能 由多个雷云中心构成 ， 2 0 0 6年 6 月 2 9日， 相距约 7 k m 的 1 6 4号、 1 8 3号在同一天 、 同一时刻 a， c相遭受雷击跳闸是可以理解的。 5 改进意见 在雷电活动特别频繁、 强烈， 存在多重性雷击 可能性的地 区， 线路的雷击故障 以两相甚 至三相故 障居多 ， 使用线路避雷器应慎重 ， 以免出现线路避雷 器动作引起线路跳 闸而又找不到故障点 的情况。 在无法准确确定线路易击杆塔， 全线路的每 基杆塔都有可能遭受雷击的情况下， 选择极少数杆 塔安装线路避雷器防雷 ， 有可能是徒劳的。 应从设计上及运行上 改进线路避雷器 的安 装 ， 使雷击杆塔顶部时所产生 的雷 电过电压先作用 于线路避雷器 ， 后作用于杆塔绝缘子串， 或至少同时 作用于两者， 以有效发挥线路避雷器的防雷保护作 用。考虑到对于实际运行的杆塔， 这两种安装形式 都有可能较难实现， 或缺乏运行经验， 再加上当雷击 杆塔顶部的雷电过电压的幅值高于或等于杆塔绝缘 子串的 5 0 冲击放电电压时 ， 在雷电的直接冲击作 用下 ， 线路避雷器 的动作 时间是否绝对快于杆塔绝 缘子串的闪络时间仍有待于试验及运行经验 的验 证 5 - 6 ， 建议慎用线路避雷器防雷。 6 结束语 新兴 一深沟 1 1 0 k v线路 的线路避雷器 ， 采用雷 击杆塔顶部所产生 的雷 电过电压先作用于杆塔绝缘 子串， 再作用 于线路避雷器 的安装形式 ， 有 可能是 1 3 7号 、 1 5 1 号安装线路避雷器杆塔照样发生三相绝 缘子 串闪络故障的原因。 建议从价格、 运行维护尤其是保护原理上考虑 线路避雷器的应用问题 ， 尽可能按 图 1或图 2的安装 形式安装线路避雷器， 并建议慎用线路避雷器 防雷 。 参考文献 1 郑江， 林苗， 李智喜， 周营 线路避雷器在 1 1 0 k v输电 线路防雷保护中的应用情况分析 j 电网技术增刊， 2 0 0 5 ， 2 9 ( 8 ) ： 3 1 1 3 1 4 2 弥璞 目前线路避雷器存在问题的分析和一种新型线 路避雷器的研究 j 电瓷避雷器， 2 0 0 4 ， ( 4 ) ： 2 1 2 4 3 詹花茂， 李成榕 ， 陈秀娟， 等 线路避雷器安装方案及效 果分析 j 电瓷避雷器， 2 0 0 4 ， ( 3 ) ： 3 2 3 5 4 高强， 徐芳芳线路用金属氧化物避雷器防雷效果分 析及安装注意事项 j 电瓷避雷器， 2 0 0 2 ， ( 5 ) ： 3 9 4 1 4 5 5 解广润 电力系统过电压 m 水利电力出版社 ， 1 9 8 5 6 刘继 电气装置的过电压保护 m 电力工业出版社， 1 9 8 2 7 车文俊线路避雷器串联间隙距离的设计与试验 j 电瓷避雷器 ， 2 0 0 2 ， ( 1 ) ： 3 1 3 2 8 吴桂芳， 陈巧勇， 蓝磊， 等 1 1 0 k v线路避雷器在输电线路 防雷中的应用研究 j 电瓷避雷器， 2 0 0 2 ， ( 2 ) ： 4 1 4 3 9 肖国斌 应用线路避雷器提高交流输电线路耐雷水