特高压避雷线上预绞式可回转防绕击避雷针的研究与设计

特高压避雷线上预绞式可回转防绕击避雷针的研究与设计

谭智强

王茂成1王硕2王晓涵3金晓唐4孙子茹4季善浩1张坤1龙锦壮1

（1.国网烟台供电公司264001；2.国网山东省电力科学研究院250000；3.国网蓬莱市供电公司265600；4.山东大学电气学院250000）

摘要：为了降低特高压线路的绕击跳闸率，提出一种新型防绕击避雷针，特点是，预绞式防滑移、可回转自平衡，防避雷针偏转、保护范围大、防雷击效果好，防冻雨，避免卡住内箍失去回转功能，避免以往固定式防绕击避雷针断股断线现象。

关键词：特高压避雷线；预绞式；可回转；防绕击避雷针

引言

日本1100kV双回线路为负保护角防雷，根据雷电位系统记录数据分析，雷击跳闸的主要原因仍然是绕击；在1998～2004年(运行6年)期间，日本1100kV双回线路上、中、下相导线雷电绕击故障分别为34次、27次和18次。文献[1]开展了1000kV双回路多根地线防雷研究，因地线与下导线太近，需要相间间隔棒[2]支撑。根据已公开文献，迄今，已有4项关于自平衡（可回转）防雷装置的专利和论文，分别描述如下。1、文献[3]特征是：包括避雷针杆、地线线夹、紧固螺丝和平衡盘；该专利缺点在于：非常麻烦，接触的地方应力集中，已安装的已经发生断股、断线现象。2、文献[4]特征是：由左右自平衡底座、左右针体、平衡锤和地线夹套组成，缺点在于：螺栓、螺母易因地线长期振动而松动甚至掉落，从而导致地线夹套发生滑移；平衡锤没有起到防振锤的作用；另外，该专利不具备防冻雨功能，从而可能使避雷线断股断线。3、文献[5]特征是：包括一个套设在避雷线上的呈环状的连接件,所述连接件的外壁两侧分别水平连接有一个避雷针；缺点在于：会发生绕避雷线轴向旋转，以致于避雷针与导线的间距可能大于电气安全距离；已安装好的避雷线是无法套上带滚珠轴承的“呈环状的连接件”。另外，该专利也不具备防冻雨功能，一旦被冻雨冻住、卡住，就失去了回旋、自平衡功能。4、文献[6]针对不可回转式避雷针认为：安装水平侧向短针后会对地线的机械性能产生负面影响，水平侧向短针的绕击保护效果有限，适用范围较窄，限制了它在输电线路防雷保护中的应用，该防雷措施还有待进一步的提高与完善；国家电网公司生变电[2011]44号文明确暂停各类水平短针的安装，同时拆除已安装的刚性水平侧向短针，全面开展水平侧向短针的电气性能和力学性能的研究评估。

1.预绞式可回转防绕击避雷针的研究与设计

本课题组研制出一种预绞式可回转防雷装置（已递交发明专利申请），如图1和图2，其包括避雷线(10)，避雷线(10)外缠绕有预绞式护线条(1)，避雷线(10)外套有内箍(2)，避雷线(10)和内箍(2)之间设有改性氯丁橡胶垫(6)，内箍(2)由2付对称的夹具组成，将改性氯丁橡胶垫(6)和避雷线(10)合围，内箍(2)的上、下端分别采用螺栓(8)紧固，与螺栓(8)配套的螺母固定于内箍(2)内，杜绝螺母因振动脱落现象；内箍(2)上设有4～8个纵向孔，与纵向孔数量相同的预绞式护线条(1)穿孔而过，然后缠绕在避雷线(10)上，避免内箍(2)轴向位移；纵向孔两端设喇叭口，以免损伤预绞式护线条(1)。内箍(2)外设有外箍(5)，外箍(5)由2付对称的夹具组成，两翼覆盖内箍（2），外箍(5)上部设有遮冻雨罩(9)，以防内箍(2)和外箍(5)被冰雨冻住、卡住以致无法回转；外箍(5)的2付对称的夹具的上端通过螺孔动绞(7)铰连在一起，其下端将内箍(2)合围，并采用带开口销子的螺栓(11)紧固，避免螺栓、螺母因振动脱落问题；内箍(2)和外箍(5)宜由不同金属材质组成，确保之间的摩擦系数足够小，以便可作360°轴向相对转动。外箍(5)的上端两侧各安装1支斜向弹簧式避雷针(3)，斜向弹簧式避雷针(3)由直径3～6mm、长度为0.5～2.5m（根据电压等级和导线与地线的间距综合取值）的不锈钢丝制成；2支避雷针(3)所形成的平面与避雷线(10)正交，即与避雷线(10)垂直，斜向弹簧式避雷针(3)与水平方向的夹角α为15～55°。外箍(5)的下端安装防振锤或防振鞭(4)，防振锤或防振鞭(4)的作用在于，一是与改性氯丁橡胶垫(6)和弹簧式避雷针(3)共同作用，具有吸收地线微风振动产生的的能量，减少避雷线(10)局部的动弯应变，避免地线发生断股断线现象；二是根据力矩平衡，并考虑安全系数，在大风天气或导线覆冰舞动之后，2支斜向避雷针(3)均与水平方向成不小于0°的夹角。

假定不锈钢丝直径6mm、长度1.5m的斜向避雷针3重量0.33kg，与水平方向成45°角；当1根斜向弹簧式避雷针3逆时针或顺时针旋转45°时，其力矩M1=0.33×0.75m=0.25kg.m；另1根斜向弹簧式避雷针3位于铅垂线上，不产生力矩；取防振锤或防振鞭4的结构高度0.25m，根据力矩平衡原理，防振锤或防振鞭4的重量=0.25/0.25m=1.0kg（不考虑内箍、外箍之间摩擦力），考虑到风压在地线上产生动态荷载的不稳定性，取安全系数2.0（即动态荷载与静态荷载的比值），而对应于不同地线型号的防振锤或防振鞭4的单重为2.0～6.0kg，可确保在大风天气或导线覆冰舞动期间，2支斜向弹簧式避雷针3均与水平方向成不小于0°的夹角。

图1防绕击避雷针组装图图2防绕击避雷针断面图

2.结论

本文介绍了一种同时具有预绞式防滑移、可回转自平衡防避雷针偏转、斜向避雷针长保护范围大、外箍防冰雨型避免卡住内箍失去回转功能和改性氯丁橡胶垫、防振锤、弹簧式避雷针共同防振断股等6种功能的避雷针，在特高压线路防绕击雷方面提出具有前瞻性的设计方案，供同行参考。

参考文献

[1]王茂成.1000kV双回路多根地线防雷研究[J],中国电力,2013,46(3),24-29.

[2]王如伟,王晓涵,张勇,等.110～220kV可调式相间间隔棒的研制与应用[J]，电瓷避雷器，2012.248(4):19-23.

[3]输电线路自平衡地线避雷针,专利申请号CN200820068549.4

[4]回旋式自平衡防绕击避雷针,专利申请号CN201220021733.X

[5]自平衡防绕击避雷针,专利申请号CN201420139797.9

[6]沈志恒,赵斌财,周浩,等.输电线路地线上安装水平侧向短针的防绕击效果分析[J]，高电压技术,2012,38(4)，905-913

作者简介：

1.王茂成：男，山东蓬莱人，本科，从事输电线路研究与设计，高级工程师

2.王硕：从事节能的研究

3.王晓涵:从事输变电检修

4.金晓唐:山东大学电气学院,本科,从事电力系统研究

5.孙子茹:山东大学电气学院,本科,从事电力系统研究