线路避雷器在输电线路防雷中的应用

2013-12-19刘广州吴国军李德波

宿州学院学报 2013年7期

刘广州，吴国军，郑浩，李德波

宿州供电公司输电运检工区，安徽宿州，234000

如何防止因雷击故障而跳闸是当前输电运行专业考虑的重要问题之一。雷击已成为影响输电线路安全可靠运行的主要因素之一，在我国跳闸率比较高的地区，由雷击引起的故障次数占40%左右，尤其在多雷、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高达70%[1]。

1 雷击对架空输电线路的故障分析

造成线路闪络跳闸的雷电过电压主要有直击(反击、绕击)和感应雷电过电压，在线路防雷的设计和运行中都应考虑这几种雷电过电压[1]。其中感应过电压是指雷云不直接击于输电线路，而是向线路附近地面，或向避雷线上进行主放电而在线路上感应产生的过电压。直击雷过电压则又分为直击过电压和绕击过电压。其中，绕击是指雷击过电压绕过避雷线,打到线路上。绕击经常与杆塔的地形及高度有关。线路的屏蔽各级系统包括杆塔、避雷线及大地，并随着杆塔的高度增加而减弱。

为了减少输电线路的雷击故障，宿州供电公司采取了各种综合防雷措施，如降低杆塔接地电阻、绝缘子串不平衡绝缘法、架设避雷线、架设耦合地线等，取得了一定的效果。但对于分布在土壤电阻率高的部分线路，降低杆塔接地电阻难度较大，对于防治绕击雷对线路造成的故障仍没有好的对策。

2 线路避雷器在架空输电线路中的工作原理

目前，国外已广泛采用线路型合成绝缘氧化锌避雷器防御输电线路的雷击。当雷击杆塔时，一部分雷电流通过避雷线流到相邻杆塔，另一部分雷电流经杆塔流入大地，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[2]。

雷击杆塔时，塔顶电位迅速提高，其电位值为

Ut=iRd+L.di/dt

(1)

式中，i为雷电流，Rd为冲击接地电阻，L.di/dt为暂态分量。

当塔顶电位Ut与导线上的感应电位U1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。即Ut-U1>U50，如果考虑线路工频电压幅值Um的影响，则为Ut-U1+Um>U50。因此，线路的耐雷水平与三个重要因素有关，即线路绝缘子的50%放电电压、雷电流强度和塔体的冲击接地电阻。一般来说，线路的50%放电电压是一定的，雷电流强度则与地理位置和大气条件相关[3]。

当不改变杆塔接地电阻，而在线路中装设线路避雷器时，将避雷器的伏-秒特性与绝缘子串的伏-秒特性相配合，当线路遭受雷击(或绕击)时，线路避雷器能可靠地动作，以保护绝缘子串不发生闪络。具体过程是：塔顶电位超过避雷器的导通电压时，避雷器动作。此时杆塔上的雷电流分流发生变化，一部分仍沿杆塔或引下线、接地电阻泄入大地；另一部分则经避雷器流入导线，于是导线和避雷线上都有电流流过。由于电磁感应作用，雷电流分别在导线和避雷线中产生耦合分量，导线上较大的雷电流耦合分量使得其电位迅速升高，使杆塔对导线放电得到有效的控制，从而起到防雷作用。