架空输电线路避雷器保护失效原因分析及建议

架空输电线路避雷器保护失效原因分析及建议

邓鑫

广东电网有限责任公司东莞供电局输电管理所  广东东莞   523000

摘要：维护架空输电线路的稳定及安全运行对日常用电及工业用电有着极其重要的作用，因此对维护架空输电线路稳定运行方法的研究显得尤为重要。在大多数自然灾害中，雷电打破架空输电线路稳定运行状态的可能性相对较大，其对架空输电线路造成的损害也较为严重。这主要是因为架空输电线路通常以横竖交叉的形式在大范围空旷场地进行建设，且离地较高，容易引来雷电攻击。雷电击中架空输电线路后会在其上产生雷电过电压，该过电压对输电线路的冲击较大。为保护架空输电线路，当其出现过电压时，一般会采取断电措施，但这会打破电力系统平稳运行的状态，从而造成巨大的经济损失。根据架空输电线路承受雷击的水平以及雷击后跳闸概率的大小可以判断架空输电线路耐雷性能的高低。为了提升架空输电线路的耐雷性能，可采取架设避雷线等措施。在选择雷电防护措施的过程中，应对各类措施的优缺点进行系统性分析，从而发挥其最佳性能。

关键词：架空输电线路；避雷器保护；失效原因；策略

一、架空输电线路的雷电过电压

（一）直击雷过电压

架空输电线路的设备（杆塔、避雷线或导线）被雷电直接击中而产生的过电压即为直击雷过电压。按照雷击线路部位的不同，可将直击雷过电压分为两种类型，即反击和绕击。在110kV或超过该电压等级的架空输电线路上通常整线配备避雷线，这是为了确保架空输电线路的全程均能受到相应的保护。雷直击于有避雷线的架空输电线路的情形主要有三种，即雷击杆塔顶部、雷击避雷线中央部分、绕过避雷线击于导线。当雷击架空输电线路杆塔顶部时，有较大电流流过杆塔进入大地，该过程会对架空输电线路杆塔造成一定程度的冲击。该受击情形在架空输电线路中形成的过电压远大于其他两种情形，因此避免雷电直接击中杆塔顶部是架空输电线路雷电防护的重中之重。雷电绕过避雷线击于架空输电线路导线时，导线上形成的过电压越大，在其上流过的电流也就越大。

（二）感应雷过电压

感应雷过电压是雷击线路附近大地，雷云在对地放电过程中，放电通道周围空间的电磁场发生急剧变化，在导线上产生的过电压。感应雷分为静电感应和电磁感应，这两类感应的原理有较大的不同。若架空输电线路导线上未装配避雷线，则雷电袭击其周围大地时，架空输电线路上会产生感应雷过电压，该感应雷过电压与架空输电线路的导线高度以及电流大小等因素有关。架空输电线路导线高度及电流增大时，感应雷过电压也会增大，但雷击点与架空线路之间距离的增加会导致感应雷过电压的降低。感应雷过电压的幅值比直击雷过电压要低得多，因此其对高电压等级架空输电线路的影响较小，通常只对35kV以下的线路具有危险性。除此之外，感应雷过电压的波形变化与直击雷过电压的波形变化有较大差异。感应雷过电压的波形变化呈现出较为平缓的态势，其波头和波长较长，而直击雷过电压的波形变化十分剧烈。

二、架空输电线路防雷技术

（一）架空地线

架空地线是输电线路防雷最直接的措施,架空地线能减少经过杆塔的雷电流,降低塔顶的电位,达到分流的作用,架空地线还能对导线进行耦合作用,降低线路绝缘子的电压,同时还能对导线进行屏蔽,从而降低导线的感应过电流。一般情况下,架空地线的保护效果与输电线路的电压情况有很大的关系,输电线路的电压越高,架空地线的保护效果就越强,因此,对于110kV、220kV及以上的输电线路,都可以采用架空地线的方式进行防雷保护。由于架空地线能屏蔽边导线的保护角导线,从而减少绕击概率,因此,要根据实际情况,合理的设置保护角,一般情况下,保护角要控制在20°~30°。

（二）降低杆塔接地电阻

降低杆塔接地电阻对于防范雷击有着重要的意义。雷电电击绝缘电阻较大的架空输电线路时，架空输电线路的杆塔顶部会形成较高的电位，绝缘子将会承受更大的电压,更容易被击穿，若架空输电线路上的绝缘子被击穿，则会破坏电力系统的平稳运行状态；与此同时，在线路杆塔的绝缘电阻小的情况下，雷击杆塔时，杆塔顶部电位更小，绝缘子将会承受更小的电压，不容易被击穿。降低绝缘电阻的方法较多，如延长接地体长度[1]，增加接地体的埋地深度，使用新型石墨烯接地体，使用降阻剂等。合理利用这些方法能够对降低杆塔接地电阻起到较好的效果，进而提升架空输电线路自身的雷电防护能力。

（三）线路避雷器防雷技术

随着科技的不断发展,绝缘外套线路金属氧化物避雷器逐渐被研发出来,而线路避雷器防雷技术逐渐成为架空输电线路的热门防雷技术。据统计,增加输电线路的绝缘能将雷击跳闸事故降低62%,在架空输电线路中安装耦合地线能将雷击跳闸事故降低55%,降低杆塔的接地电阻能将雷击跳闸事故降低43%,而在架空线路中安装金属氧化物避雷器能消除雷击跳闸事故。当架空线路安装上金属氧化物避雷器后,受到雷击时,会有一部分电流经过架空地下线进入相临杆塔,同时还有一部分电流会经过塔体进入地下,如果雷击电流比较大,避雷器动作会加入分流,使得多数雷电流经过避雷器进入导线,最后进入相临杆塔。由于架空地线中分流的雷电流比避雷器分流的雷电流要小,发生雷击时,金属氧化物避雷器能在耦合作用下,提高导线的电位,这样导线和塔顶之间的电位差会小于绝缘子串的闪络电压,绝缘子不会发生闪络的现象,从而达到防雷的效果。

（四）安装线路避雷器

跳闸事故的发生对电力系统运行的稳定性以及人民用电保障性的破坏都是极为严重的，在架空输电线路上安装避雷器能有效减少雷电击中线路后发生跳闸事故的次数。避雷器结构性能的不同使得它们的应用场合有所不同，因此在不同场合下应选择适宜的避雷器，才能充分发挥其防雷保护能力。避雷器的种类有很多，主要包括管型避雷器、阀型避雷器以及氧化锌避雷器。其中，管型避雷器由两个串联间隙组成，一个间隙在大气中，称为外间隙，它的任务就是隔离工作电压，避免产气管被流经管子的工频泄漏电流所烧坏；另一个装设在气管内，称为内间隙或者灭弧间隙，管型避雷器的灭弧能力与工频续流的大小有关，且受工频续流的影响较大。管型避雷器大多用在供电线路上作避雷保护。阀型避雷器内部由火花间隙和碳化硅制造的非线性电阻片组成，具有较好的保护特性，因而被广泛应用于各种电压等级的线路和电气设备上。氧化锌避雷器被广泛应用于架空输电线路上，这是因为氧化锌避雷器具有其他类型避雷器所不具备的特性，这一特性对架空输电线路的雷电防护极为适用。对于操作不当产生的过电压以及雷电在线路中形成的过电压，氧化锌避雷器均能发挥良好的抑制作用，这得益于氧化锌良好的非线性伏安特性。利用氧化锌良好的非线性伏安特性，使在正常工作电压时流过避雷器的电流极小（微安或毫安级）；当过电压作用时，电阻急剧下降，泄放过电压的能量，达到保护的效果。氧化锌避雷器在受到雷击时，能将雷击电流导入地下，进而削弱过大的电流对架空输电线路带来的损伤，且避雷器能在雷击结束后快速恢复到原状态，有效提升了架空输电线路雷电防护的快速性。除此之外，氧化锌避雷器对污染的抵抗能力较强，能较好地适应恶劣的环境，这也符合了架空输电线路通常所处的环境条件。与其他避雷器相比，其质量相对较轻，这一特点也使得其在架空输电线路上的装配变得较为便利。

三、结论

总之,设计架空输电线路时,应充分关注防雷保护的重要性,特别是对耐张塔和转角塔也要专门研究、精心设计,务必使其具有较少的保护角。对于山区,因地形影响(山坡、峡谷),避雷线宜采用负保护角,或者架设耦合地线、装设线路避雷器等。

参考文献：

[1]李平，朱海波，杜超，等.架空输电线路防雷措施研究[J].通讯世界，2019(8):328-329.

[2]谭任良.关于高压架空输电线路防雷措施的探讨[J].科技与创新，2019(17):90-91.

[3]王祥祥.高压架空输电线路的防雷措施分析[J].集成电路应用，2019(4):99-100.