对220kV线路终端避雷器安装位置研究分析

对220kV线路终端避雷器安装位置研究分析

黄昭民

广东电网有限责任公司阳江供电局 广东阳江 526500

摘要：本文结合220kV蝶平乙线雷击引起#2母线差动跳闸事件进行探讨分析220kV线路终端避雷器的安装位置及避雷器与设备的最大保护距离，并用雷电波陡度理论分析计算避雷器与被保护设备的最大距离，以及分析线路终端避雷器的位置对设备的保护差别。最后总结出如何安装线路终端避雷器的才能更好的避免雷电波对设备的击穿事件发生。

关键字：雷击  终端避雷器  避雷器安装位置

0 引言

线路在遭受雷击后，雷电波会沿着线路入侵到变电站内，对变电站内设备的绝缘造成影响，如果线路终端避雷器安装位置不合适，不能有效的防止雷电行波的入侵，便可能造成设备绝缘击穿，导致保护动作跳闸。此次220kV蝶平乙线便是由于避雷器安装位置原因造成220kV蝶平乙线C相CT以及C相开关被击穿引起220kV #2母线差动保护动作跳闸，导致所挂#2母线上的所有线路停运以及#2母线失压事故事件。针对此次事故事件的发生原因进行分析研究，分析计算避雷器与设备最大保护距离及探讨线路终端避雷器安装位置的影响。

1 事故事件概况

220kV蝶平乙线发生C相故障，主一、主二保护电流差动、距离Ⅰ段动作，跳C相；315毫秒后，线路再次发生ABC三相故障，主一、主二保护电流差动、距离加速、零序加速、距离Ⅰ段动作，跳ABC三相，重合闸不动作，故障测距1.1kM；与此同时，220kV母差及失灵保护一C相稳态量差动动作跳220kV母联及220kV 2M母线上所有运行设备开关，现场雷暴天气。

经现场检查发现，220kV蝶平乙线C相CT二次接线盒及其连接的二次电缆线槽盖板轻微弹开，并且该CT二次接线盒及220kV蝶平乙线2153开关端子箱内电流回路有明显放电烧焦痕迹；随后相关专业对开关及CT气体进行试验后初步判断，C相开关及CT均存在击穿故障。如下图所示：

图1  CT现场图片

图2  端子箱现场图片

2 事故事件分析

通过分析可知，此次事故是由于雷击线路引发的，线路C相先遭受雷击接地，在保护动作跳C相之后，此时C相开关处于分闸状态，接着在C相处于分闸情况下，再次故障时雷电波将C相开关及CT击穿，造成保护动作跳闸后故障电流仍存在，这时母差及失灵保护动作，跳开母联及#2母线所有运行的设备。

对220kV蝶平乙线现场设备安装情况，220kV蝶平乙线线路侧避雷器由于场地空间不足的原因采用线路型终端避雷器安装在终端杆塔上。

综合分析，造成此次事故的主要原因是出线避雷器安装在终端杆塔上导致对设备的保护不足，当线路遭受雷击使线路跳闸，在断路器分位情况下，线路再次遭受雷击，开关端口对雷电波进行全波反射，断路器断口承受两倍的过电压，而避雷器未能有效保护设备，造成雷电波过电压对站内的开关及CT击穿。因此，为使避雷器更好的保护设备不受雷击，下文将对避雷器的安装位置进行探讨。

3 线路终端避雷器安装位置分析比较

3.1 终端杆塔线路型避雷器保护效果

对于安装在终端塔上的线路型终端避雷器，为避免其运行中损坏后造成对电力系统的严重短路冲击，国家电力行业标准推荐线路型避雷器带串联间隙，而带串联间隙的线路避雷器需与线路绝缘子配合设计。因此220kV线路型避雷器（带串联间隙）的冲击放电电压约为900kV，标称雷电冲击电流残压小于等于592kV。

对于终端避雷器采用在杆塔上安装带串联间隙型避雷器，其承受最大电压为其冲击放电电压，当避雷器在动作前承受冲击电压情况下，断路器断口承受的电压为最大的，此时断路器所承受的最大冲击电压为：

其中为保护距离，为设备本身所承受的最大冲击电压值（220kV断路器为1050kV），为避雷器冲击放电电压（线路型避雷器串联间隙取900kV），为为入侵波计算陡度（对于220kV系统可取1.5）。

要使断路器不被击穿则避雷器与设备最大距离

对于目前220kV变电站出线终端杆塔与变电站围墙距离远远大于4.4m，由上可知采用带串联间隙避雷器安装在终端杆塔上对站内避雷器基本无保护。

3.2 终端变电站型避雷器保护效果

对于安装在变电站内的变电站型终端避雷器，可以进行日常维护检修等，故变电站型避雷器无串联间隙且不需要与绝缘子配合，因此无冲击放电电压，其标称雷电冲击电流残压小于等于550kV。

根据上面推导的避雷器能够有效保护设备的最大距离公式，得如下断路器所承受的最大冲击电压为：

其中为避雷器达到标称放电电流下残压（变电站型避雷器为550kV）。

同理可得出不同距离上的变电站型终端避雷器，开关所承受的最大冲击电压值如下表：

表1  开关所承受的最大冲击电压与距离关系

但雷电波入侵变电站的实际电压波形具有衰减振荡性，这种波形与全波产差别较大，因此以多次截波耐压值作为设备的承受雷电压能力，对于本文的220kV断路器

为1050/1.15=913kV。由上面表格可知，若采用变电站型终端避雷器，则安装距离应小于120m即可。对于变电站内的出现避雷器安装与设备距离基本都在10m以内，因此可以有效的保护设备不被击穿。

3.3 对比分析

对于线路型终端避雷器与变电站型终端避雷器两者的保护效果从以下两方面比较。

（1）可靠保护设备距离。从4.1及4.2分析可知，对于在出线线路终端杆塔上安装出线避雷器，要使避雷器能够有效保护设备不被雷击击穿事件发生，则安装距离应小于4.4m，但对于现实安装，线路型避雷器与断路器的距离往往大于4.4m，不能有效的对断路器进行保护，此次220kV蝶平乙线出线线路终端杆塔上安装出线避雷器与断路器的距离相距较远，这是导致开关及CT被击穿的重要原因。而对于变电站型避雷器的安装与设备之间的距离都能满足在120m以内，故变电站型避雷器能够有效的保护设备不被击穿。故变电站型出线避雷器比杆塔终端线路型避雷器对保护设备不被击穿更有效。

（2）运行维护。对于在出线线路终端杆塔上安装出线避雷器，巡检维护和年度预防性试验都很难进行，倘若避雷器出现故障而失去了保护功能，也不能及时的发现及处理；而对于变电站型终端避雷器巡检维护和年度预防性试验方便，可以及时在避雷器有问题是及时发现处理。故变电站型出线避雷器比杆塔终端线路型避雷器在日常维护缺陷发现上更有优势。

4 总结与建议

本文基于220kV蝶平乙线雷击引起#2母线差动跳闸事件，对220kV线路终端避雷器的安装位置及避雷器与设备的距离对设备受雷击的影响进行计算分析。得出以下结论：

（1）通过计算分析可知，避雷器能够有效地保护设备不被击穿，其与设备的安装距离要在最大保护距离以内，对于变电站出线的避雷器尽量安装在变电站内，这样才能使避雷器更好的保护设备；

（2）若采用杆塔终端线路型避雷器带间隙型，其有效保护距离只有4.4m，基本不能有效保护设备；

（3）变电站型出线避雷器在巡检维护和年度预防性试验都比较方便，能及时发现设备缺陷及故障，而杆塔终端线路型避雷器在巡检维护和年度预防性试验都很难进行。

针对上述情况本文提出以下几点建议：

1. 对新站220kV线路或者有条件在变电站内加装变电站型避雷器的线路，应根据资金情况和设备在电力系统中的重要等级尽快加装变电站型避雷器，这样才能更好地防止设备不被击穿；
2. 倘若由于场地受限而采用杆塔终端线路型避雷器（带间隙型），要充分考虑避雷器与站内设备的绝缘配合，若保护距离不够则还需在站内出线安装站内加装避雷器才能有效防止设备不被击穿。

参考文献

[1] 谢梅. 220 kV输电线路终端避雷器对断路器断口保护效果的研究.

[2] 郭婷，周文俊，喻剑辉. 线路终端杆塔装设避雷器对变电站的保护效果及影响因素.

[3] 李谦，汤振鹏. 一起110 kV避雷器事故分析及引发对线路终端避雷器运行管理的思考.

[4] 彭向阳，张斌，余冬青，等. 线路开关单相重合闸期间雷击事故及电磁暂态仿真.