浅谈线路避雷器在输电线路防雷中的应用

1、浅谈线路避雷器在输电线路防雷中的应用李保国（广东电网公司江门开平供电局）摘要：简要介绍了线路避雷器防雷的基本原理，线路防雷对避雷器的要求，线路避雷器的选型及其一般安装原则，肯定了线路避雷器对提高线路耐雷水平，防止雷直击导线或雷击杆塔、避雷线引起的反击闪络，降低线路雷击跳闸率等方面的作用。关键词线路避雷器 雷击 输电线路0引言在我国跳闸率比较高的地区，输电线路运行的总跳闸次数中，由雷击引起的次数约占4070，尤其是在多雷、土壤电阻率高、地形复杂的地区，雷击输电线路而引起的事故率更高。为了减少雷击对输电线路安全运行的影响，通常采取多种防雷措施，如降低杆塔接地电阻、架设避雷线、加强线路绝缘水平、加装

2、耦合地线、装设自动重合闸等。但是对于一些山区线路，在已架设避雷线和装设自动重合闸的情况下，雷害仍十分频繁，降低杆塔接地电阻又极其困难，而且费用高、工作量大，效果也受到一定的限制；加强线路绝缘水平、加装耦合地线也存在费用高、工作量大等不利因素。线路型避雷器利用雷击杆塔时当作用电压超过避雷器的放电电压时，避雷器先放电，限制了过电压的发展，保护杆塔绝缘子串不发生闪络，为解决线路的防雷提供了一种新的手段。目前，国内外已广泛使用线路型合成绝缘氧化锌避雷器用于输电线路的防雷，取得了很好的效果。广东电网公司江门开平供电局从2002年开始使用线路避雷器，并分别安装在35kV、110kV线路上，经过几年的运行，

3、取得了满意的效果。1 线路避雷器防雷的基本原理雷击塔顶后，一部分雷电流通过避雷线流到相临杆塔，另一部分雷电流过杆塔电感和接地电阻，杆塔接地电阻呈暂态电阻特性，一般用冲击接地电阻来表征。雷击杆塔时塔顶电位迅速提高，其电位值为 Ut=iRsu+Lt式中i雷电流；Rsu冲击接地电阻； 杆塔分流系数；Lt杆塔电感； 雷电流陡度。当塔顶电位Ut与导线上电位Uc的差值超过绝缘子串50%的放电电压时，将发生由塔顶至导线的闪络。因此，线路的耐雷水平主要与4个因素有关：线路绝缘子的50%放电电压、杆塔分流系数（有无避雷线，有避雷线时是为单根还是双根）、雷电流强度、杆塔的冲击接地电阻。绝缘子的50%放电电压是一定

4、的，雷电流强度与地理位置和气候条件相关，不装设避雷器时，提高输电线路耐雷水平往往是采用架空地线、降低杆塔的冲击接地电阻。在山区，地势本身较高，再加上杆塔又相对高耸，极易遭受雷击，降低接地电阻是非常困难的，又容易发生绕击，这就造成了山区输电线路雷击跳闸率很高。 线路避雷器实质上是一种放电器，它并联连接在被保护设备附近，当作用电压超过避雷器的放电电压时，避雷器先放电，限制了过电压的发展。线路避雷器与线路绝缘子并联加装在线路上以后，当输电线路遭受雷击且雷电流超过一定值后避雷器动作，避雷器的残压低于绝缘子串的50%放电电压，绝缘子不会发生闪络。雷电流过后，因避雷器具有良好的绝缘强度自恢复能力，能够快速

5、切断工频续流，使电力系统得以继续正常运行。下图说明了线路避雷器的伏秒特性与绝缘子的伏秒特性的配合关系，要求对避雷器的雷电冲击放电伏秒特性和残压要低于被保护绝缘子串放电伏秒特性2025，亦即要有相当的裕度，以保证受到气候或其他外界影响时，线路避雷器仍可以保护绝缘子串。绝缘子及线路避雷器的伏秒特性2 线路防雷对避雷器的要求 线路避雷器安装在输电线路上以后，就将作为输电线路的一部分，这就要求线路避雷器在能有效减少线路雷害停电事故的同时，又不能因为加装了线路避雷器后增加新的输电线路故障点。因此线路防雷对避雷器还有电气方面和机械两方面的要求。2.1线路防雷对避雷器电气方面的要求：线路避雷器保护特性和被保

6、护绝缘子串的绝缘配合，要求对避雷器的雷电冲击放电伏秒特性和残压要低于被保护绝缘子串放电伏秒特性2025，亦即要有相当的裕度，以保证受到气候或其他外界影响时，线路避雷器仍可以保护绝缘子串。避雷器应能满足长期承受工频电压作用而稳定工作的要求，即串联间隙在各种外界因素（风吹、导线舞动等）的作用下，应能保持其尺寸基本不变。避雷器应具有足够的通流能力以泄放雷电流和吸收雷电冲击过电压的能量，考虑直接雷击，并多重雷的情况。为限制雷电过电压，避雷器的保护水平应与线路绝缘子串有很好的绝缘配合，以保证雷击被保护线路段时，无论被保护线路段内或被保护线路段外的绝缘子串均不应发生闪络，另外被保护线段外的线路遭受雷击时被

7、保护线段内的绝缘子串也不应发生闪络。避雷器应能可靠地切断工频续流，保证线路正常供电。避雷器本体故障时允许线路重合闸，保证线路仍能工作。避雷器应具有防爆性，即使在承受高于设计值以上的大的雷电流的作用下也不发生爆炸，保证人身和设备的安全。避雷器应具有良好的密封性，在任何天气条件下都应不易受潮，减少避雷器运行中由受潮造成的事故，提高运行可靠性。 2.1.9避雷器的外套，应有较好的防污性能，在带间隙的避雷器动作后，避雷器本体的外套表面电流，将是续流的一部分，较好的防污性能能降低避雷器本体的外套表面电流，有利于避雷器可靠地切断续流，保证线路正常供电。2.2线路防雷对避雷器机械方面的要求：避雷器应具有足够

8、的机械和机电破坏强度，应能承受所要求的各种机械和机电破坏荷载，并考虑一定的安全系数。3 线路避雷器的选型 线路避雷器有两种类型，即带串联间隙线路避雷器和无间隙线路避雷器。两种线路避雷器的结构不同，其性能也不相同。带串联间隙线路避雷器和无间隙线路避雷器相比有如下优点：3.1带串联间隙线路避雷器在线路正常运行时，避雷器不承受工作电压的作用，避雷器阀片的荷电率可以取得高一些，雷电冲击残压可以随之降低；3.2带串联间隙线路避雷器只有在一定幅值的雷电过电压作用下串联间隙动作后，避雷器本体才处于工作状态，而无间隙线路避雷器长期承受工作电压的作用，因此带串联间隙线路避雷器的外绝缘水平（绝缘外套爬电距离）可以

9、低于无间隙避雷器。3.3带串联间隙线路避雷器由于串联间隙的隔离作用，即使避雷器本体故障，也不至于影响线路的正常运行，无间隙线路避雷器故障时需要特殊的脱落装置将避雷器与导线分离，否则将造成线路永久性故障。 3.4带串联间隙线路避雷器有放电时延，容易实现紧凑型设计，而无间隙线路避雷器无放电时延。 无间隙线路避雷器的优点无放电时延，能够快速动作泄露雷电流。根据带串联间隙线路避雷器和无间隙线路避雷器的优缺点，一般情况下，对线路中间的杆塔主要选用带串联间隙线路避雷器来保护线路绝缘子，利用其在线路正常运行时，不承受工作电压的作用，雷电冲击残压低，很少劣化，使用寿命长；本体故障，也不至于影响线路的正常运行；

10、可紧凑设计，安装简单，性价比高等优点。对变电站进出线临近变电站的第1基杆塔，主要选用无间隙线路避雷器，利用其无放电时延，能够快速动作泄露雷电流的优点。此时不选用带串联间隙线路避雷器的原因是带串联间隙线路避雷器与变电站内设备的绝缘水平不能相配，当线路处于热备用状态或在故障情况下，进线断路器处于暂时分闸状态，若此时临近变电站的第1基杆塔遭受雷击，进线断路器的断口将全反射雷电过电压波，且其波头时间仅为几纳秒，可能小于间隙放电的时延（一般为数纳秒或数十纳秒），即在带串联间隙线路避雷器放电时延内，过电压反射波可能已达到最大值，产生很高幅值的雷电过电压，使断路器或电流互感器的内绝缘击穿或受到损伤，工频续流

11、注入的能量引起其爆炸或断路器合闸引起绝缘损失进一步扩大而击穿爆炸。4 线路避雷器的一般安装原则由于线路避雷器的投资较大，难以普遍采用，因此易击段和易击点的确定是非常重要的，必须进行技术经济比较和分析。线路避雷器安装地点的确定应根据线路的具体运行情况，如历年跳闸率、易击段、易击杆塔，充分利用雷电定位系统对有关雷电和线路落雷参数进行分析，结合线路杆塔的各种参数，包括地形、线路运行最高电压以及绝缘配合等因素来综合考虑。线路避雷器安装的一般原则为：4.1 变电站进出线临近变电站的第1基杆塔；4.2根据线路的运行经验，对线路投运至今的运行情况进行分析，确定易击段、易击杆塔，对曾经发生过闪络的杆塔优先考虑安装。4.3在接地电阻较高，雷害活动较强烈，易于发生反击的杆塔，当接地电阻降低有困难(如岩石塔基)，加强线路绝缘又受杆塔尺寸限制情况下，宜在三相导线上安装线路避雷器，最好在两侧相邻杆塔上同时安装。4.4在地形或气象特殊的情况下，即使有避雷线，也可能发生雷直击或绕击在导线上的情况，宜在屏蔽效果比较差的相，如边相或易击相上的一相或两相安装线路避雷器。 综合以上因素，确定线路避雷器安装的最佳地点。5 结束语装设线路避雷器对提高线路耐雷水平，防止雷直击导线或雷击杆塔、避雷线引起的反击闪络，降低线路雷击跳闸率都有很好的效果，是目前输电线路防雷行之有效的方法。随着科技的发