110kV線路避雷器應用探討

朱 偉 黃華升

摘 要:在多雷、高土壤電阻率及地形復雜地區,110kv線路上安裝避雷器是十分有效的避雷方法。通過闡述線路避雷器防雷的基本原理,基于EMTP仿真實驗數據探討了避雷器對電流波形、電流幅值和接地電阻的影響。

關鍵詞:避雷器;EMTP;雷電流

中圖分類號:TM862 文獻標識碼:A文章編號:1006-8937(2009)24-0123-01

對于多雷、高土壤電阻率、地形復雜地區的部分線路,降低桿塔接地電阻難度較大,對于防止繞擊雷對線路造成的故障仍沒有好的對策。此時,可以考慮利用線路避雷器來降低雷擊跳閘率,線路避雷器已被證明是最有效的線路防雷措施。

1線路避雷器防雷的基本原理

雷擊桿塔時,一部分雷電流通過避雷線流到相鄰桿塔,另一部分雷電流經桿塔流入大地。當塔頂電位與導線上電位的差值超過絕緣子串50%的放電電壓時,將發生由塔頂至導線的閃絡。如果加裝避雷器,當輸電線路遭受雷擊時,雷電流的分流將發生變化,一部分雷電流從避雷線傳入相鄰桿塔,一部分經塔體入地。當雷電流超過一定值后,避雷器動作加入分流,大部分的雷電流從避雷器流入導線,傳播到相鄰桿塔。雷電流在流經避雷線和導線時,由于導間的電磁感應作用,將分別在導線和避雷線上產生耦合分量。因為避雷器的分流遠遠大于從避雷線中分流的雷電流,這種分流的耦合作用將使導線電位提高,使導線和塔頂之間的電位差小于絕緣子串的閃絡電壓,絕緣子不會發生閃絡,從而達到防止輸電線路雷擊跳閘事故的目的。

2 EMTP仿真實驗

對于線路避雷器設計與安裝而言,必須了解雷擊桿塔時雷電流的最大幅值。我們可以應用EMTP程序可以得到較為準確的答案。為簡化計算,對110kV無間隙線路型避雷器進行仿真分析。假設某一易擊桿塔ABC三相都安裝線路避雷器,相鄰數基桿塔不安裝。且系統參數為:額定電壓為120kV;U1mA為170kV:10kA殘壓為308kV:20kA殘壓為345kV;大電流耐受水平為100kA。導線型號LGJ一240,為無分裂導線,弧垂6m;地線型號為GJ一50,弧垂7.7m;檔距長300m:桿塔為門型雙桿鐵塔,桿塔波阻抗150Ω。

由EMTP程序算出避雷線與導線的波阻抗可知,A粗、B粗、C粗和雙避雷線的等值波阻抗分別為563Ω、584Ω、563Ω和681Ω。線路的耐雷水平與3個重要因素有關,即線路絕緣子的50%放電電壓、雷電流強度和塔體的沖擊接地電阻。一般來說,線路的50%放電電壓是一定的,那么線路的耐雷水平就與雷電流強度以及接地電阻有關,而雷電流強度與地理位置和大氣條件相關。

①電流波形的影響。承上例,設接地電阻為15Ω,通過EMTP程序可知,當雷電流波頭時間為2/50時,邊相電流為30.11kA,中相電流為29.15kA,避雷線為27.85kA,桿塔電流為180.67kA;當雷電流波頭時間為3/50時,邊相電流為29.40kA,中相電流為28.46KA,避雷線為26.62kA,桿塔電流為173.91kA。從以上數據可以看出,波頭時間越短,即電流越陡,避雷器上流過的最大雷電流占總電流的比例越大,即避雷器的效果越明顯。②電流幅值的影響。接地電阻取15Ω,采用參數為2.6/50的雷電流,當雷電流幅值為100時,邊相電流為13.12kA,中相電流為12.73kA,避雷線為13.38kA,桿塔電流為88.64kA;當雷電流幅值為150時,邊相電流為21.32kA,中相電流為20.66kA,避雷線為20.44kA,桿塔電流為133.38kA;當雷電流幅值為200時,邊相電流為29.63kA,中相電流為28.99kA,避雷線為27.12kA,桿塔電流為177.27kA;由此可見,若波形不變,當增大雷電流幅值時,避雷器上流過的最大雷電流占總電流的比例明顯增大,即避雷器的效果越顯著。③接地電阻的影響。采用參數為2.6/50的雷電流,幅值取200kA,當沖擊接地電阻為10Ω,邊相電流為24.51kA,中相電流為23.73kA,避雷線為25.59kA,桿塔電流為182.66kA;當沖擊接地電阻為20Ω,邊相電流為32.93kA,中相電流為31.89kA,避雷線為28.31kA,桿塔電流為172.19kA。可以看出 接地電阻的改變對避雷器的分流有很大的影響。接地電阻阻值越大,避雷器的效果越明顯。

綜合以上3個方面所述,線路避雷器的性能對于輸電線路的防雷是很有利的。

3 結 語

雷擊桿塔導致線路避雷器動作后,通過的雷電流遠大于通過避雷線的雷電流,這種耦合作用使得導線電位提高,使導線和塔頂之間的電位差小于絕緣子串的閃絡電壓,使絕緣子不會發生閃絡。對于波形陡、幅值大的雷電流,避雷器的分流系數比較大,有利于保護線路,防止發生雷擊跳閘事故。線路避雷器的箝電位作用很顯著,可以說是提高線路耐雷水平的最有效方式。