降低配电线路避雷器雷击损坏概率对策研究

降低配电线路避雷器雷击损坏概率对策研究

薛磊

国网山西省电力公司文水县供电公司 山西省 吕梁市文水县 032100

摘要：随着电力行业的快速发展，安装避雷器是配电线路有效防雷措施，需要合理研究降低线路避雷器雷击损坏概率对策以延长避雷器运行寿命。采用EMTP软件建立10kV线路模型，计算线路遭受雷电直击或雷电感应时避雷器两端电压，利用避雷器吸收能量计算避雷器损坏概率，分析采取改变避雷器通流容量、避雷线安装数量与安装方式、接地电阻等措施对于降低避雷器损坏概率的效果。研究结果表明:安装避雷线后，避雷器两端电压波形呈现较为明显振荡和衰减;避雷线数量的增加降低了避雷器两端电压幅值，导致避雷器吸收能量减少，遭受雷电直击时线路避雷器吸收能量远大于雷电感应情况。增加避雷器方波通流容量或避雷器安装数量能够降低避雷器损坏概率。避雷线数量的增加能够降低避雷器损坏概率，多条避雷线的推荐设置方式为从上向下将相线夹在中间。避雷器损坏概率随着线路接地电阻的增加而增大，因此需要尽可能降低线路接地电阻。在线路接地电阻难以降低情况下，可以通过缩短避雷线接地间隔来减小避雷器雷击损坏概率。

关键词：配电线路；避雷器雷击损坏概率；对策研究

引言

避雷器长期工作于外部恶劣环境当中，承受工频电压、冲击电压、内部受潮、外部污秽等因素作用，极易产生性能劣化或故障。当避雷器承受雷电过电压作用时，氧化锌阀片短时间内承受大量热量，来不及向周围传递，过热点与周围温度梯度在阀片内部产生较大的热应力，导致阀片破裂或损伤积累，最终导致避雷器损坏。目前，针对线路采用避雷器防护研究较多，集中于线路防雷效果的提升、避雷器布置方式，缺乏对于线路避雷器遭受雷击后能量吸收、损坏概率等方面的详尽分析。现有的避雷器寿命预测计算方法过于简化，未考虑杆塔实际结构特征、接地体冲击特性。因此，需要估算配电线路避雷器雷击损坏概率，提出合理对策延长避雷器运行寿命，降低线路雷电防护成本。

1雷击故障分类

架空输电线路中常见的雷电过电压有2种:一种是感应雷过电压;另一种是直击雷过电压。110kV及以上电压等级输电线路由于其绝缘水平较高，感应雷过电压危害一般较小，重点是直击雷的防护。直击雷按击中线路设备的部位又分为3种:雷击于杆塔顶部或杆塔附近的避雷线，即常说的反击雷;绕过避雷线击于导线，即绕击雷;雷击于避雷线档距中央。雷击避雷线的档距中间且与导线发生闪络引起跳闸的情况是极其罕见的，因此，直击雷防护主要是反击过电压和绕击过电压的防护。不同电压等级输电线路雷击跳闸的主要原因不同。110kV线路主要是反击雷;220kV和330kV线路，绕击雷和反击雷都是主要原因;500kV及以上超、特高压线路，绕击雷占绝大多数。

2降低配电线路避雷器雷击损坏概率对策

2.1重视避雷器的安装选点

根据雷电定位系统及实际运行情况,应将有限的线路避雷器安装在雷电活动频繁区域中易受雷击的杆塔。从雷电的特性来分析,一般在水汽较重的区域或位置(比如周围有河流、水库、鱼塘等)容易产生雷云,故靠近这些地方的杆塔适宜安装线路避雷器;而位于高大建筑下的杆塔可以不安装线路避雷器,因为雷电已被它们遮挡。

2.2减小避雷线保护角

减小避雷线保护角是用适当的方法减小避雷线的保护角，从而提高避雷线对导线的屏蔽性能，减小导线受绕击雷的概率，进而有效降低输电线路绕击跳闸率。减小避雷线保护角的方法有以下几种:①保持避雷线和导线的高度不变，减小它们的水平侧向距离，使保护角减小。②保持避雷线高度不变(即保持杆塔结构高度不变)，通过增加绝缘子的片数，降低导线挂线点高度来减小保护角，同时也增加了绝缘子串的长度，提高了绝缘子串的耐受电压。③保持导线高度不变，通过增加避雷线的高度(即增加杆塔结构高度)来减小保护角。减小保护角是公认的降低输电线路绕击跳闸率的最直接有效的措施。实际运行经验也表明，小保护角的输电线路绕击跳闸率要低一些，很多架空输电线路上采用了负的保护角技术。目前，减小避雷线保护角这项技术也正在被多个线路运行单位应用于老线路防雷改造和新建线路防雷设计中。

2.3电网雷害图

电网雷害图是指将危害电网的雷电按照危害程度进行划分得出的分布图，该分布不同于雷电日划分的雷区分布或用地闪密度表示的雷电分布，而是按电网雷击闪络类型给出的电网绕击或反击雷害的分级与分布，该措施作为一种电网防雷评估手段，具有重要的指导意义。科学的电网雷害图技术是提高当前雷电防护措施针对性、实现电网差异化防雷、提高防雷技术经济性和有效性的重要手段，也是当前雷电防护工程领域的一项新技术。电网雷害图技术应推广应用。

2.4线路避雷器

线路避雷器技术是通过在线路上安装线路避雷器装置，将其与线路绝缘子串并联，提高安装处线路的绕击和反击耐雷水平，并有效保护绝缘子不闪络，从而降低雷击跳闸率的一种防雷技术。线路避雷器因其结构不同，分为带串联间隙型线路避雷器和无间隙型线路避雷器两种。自20世纪80年代以来，美国、日本先后成功地将线路避雷器在各电压等级线路上使用。1980年美国AEP和GE公司开始开发线路防雷用避雷器。线路避雷器可以同时提高安装处线路段的绕击和反击耐雷水平，降低安装处杆塔的雷击跳闸率，从而减少线路的非计划停电，提高供电可靠性。国内应用线路避雷器降低整条输电线路雷击跳闸率的运行经验和典型案例表明，合理配置避雷器的位置和数量对于降低110kV和220kV输电线路的雷击跳闸率有较为明显的效果。相比于其他的防雷措施，线路避雷器保护原理优越，运行效果明显。但是由于其保护范围小，通常只能保护该杆塔两侧的一个档距。若在线路上安装数量较多的线路避雷器，其价格较高，经济性差。因此，要进行技术经济比较，经济、合理、有效地安装线路避雷器。线路避雷器技术的目标是提高其保护范围内线路的绕击和反击耐雷水平，从而降低该线路段的雷击跳闸事故率，从而减少线路的非计划停电时间，提高供电可靠性。

2.5防雷综合治理

通过对该线沿线雷电统计分析，按照地闪密度、落雷数排序，结合影响雷击跳闸的线路特征、地形地貌等因素，对该线采取以下措施进行综合治理。加装线路避雷器:加装线路避雷器杆塔39基，避雷器安装总数78支;增加绝缘子片数。接地装置的改造:杆塔接地装置改造总数45基，改造电阻值为10Ω以下。

2.6避雷器设置间隔

不同避雷器设置间隔下，布置3方式对应的相间闪络概率。考虑改变雷电流波头时间参数，线路三相均安装避雷器。雷电流波形波头时间均值越短，导线相间闪络概率越高。主要是波头时间均值越短，出现陡波雷电流概率越高，雷电流高频成分越丰富，导线直击雷过电压越高。此外，避雷器设置间隔越短，相间闪络概率越低。即使雷电流波头时间均值较短，每隔一个档距配置避雷器仍然能将闪络概率抑制在10%以内。

结语

分析加强绝缘与采用避雷器防护效果，得到如下结论:①导线垂直布置方式下，雷击导线三相电位差越大，相间闪络概率也越高。②雷击线路相间闪络概率随着杆塔接地电阻的增大而显著增加。③增大线路绝缘子串闪络电压对于改善线路相间闪络效果不明显，采用绝缘导线时相间闪络概率远低于裸导线。④安装线路避雷器能够降低相间闪络概率，但防护效果受接地电阻阻值影响，避雷器安装数量越多，设置间隔越密，相间闪络概率越低。⑤雷电流波头时间均值越短，导线相间闪络概率越高。

参考文献

［1］刘燕主．供配电技术［M］．西安:西安电子科技大学出版社，2007．

［2］何金良，曾嵘．配电线路雷电防护［M］．北京:清华大学出版社，2013．

［3］(日)横山茂，(日)电力中央研究所，吴国良译．配电线路雷害对策［M］．北京:中国电力出版社，2008．