避雷器在輸電線路防雷中的應用探析

摘要：輸電線路在雷電天氣下受危害較大，易造成輸電電壓波動，甚至燒壞電線。目前來說，無論國內外都沒有完全消除雷擊的有效辦法，而一般采取的方法是根據線路電壓等級、負荷性質、雷電活動情況、土壤電阻率高低及運行經驗，通過經濟技術比較，綜合采取防雷措施。線路避雷器是目前輸電線路上采取的防雷技術措施，具有很高的可行性。文章通過對線路避雷器的解析，探討其在輸電線路防雷中的應用。

關鍵詞：避雷器；輸電線路；應用探析

中圖分類號：TM86 文獻標識碼：A

電力系統中的輸電線路一般處于露天狀態下，極易遭受雷擊。近幾年來，雷擊引起的輸電線路跳閘故障日益增多，不僅影響了設備的正常運行，而且極大地影響了日常的生產、生活。雷擊破壞已經成為了影響輸電線路安全運行的重要原因之一。

為了減少輸電線路的雷擊故障，雖然采取了各種綜合防雷措施，比如提高線路絕緣水平、降低塔桿接地電阻等等方法，取得了相應的效果，但是對于分布在高土壤電阻率的部分線路或對于繞擊雷對線路造成的故障仍沒有好的對策。自20世紀80年代開始，國內外均采用了線路型避雷器開展輸電線路的防雷工作，線路型避雷器利用雷擊塔桿是避雷器動作，導線電位升高，減小塔桿頂部與導線之間的電位差，保護塔桿絕緣子不發生閃絡的原理，具有保護性能好、反應能力快等優點，為提高輸電線路的防雷水平提供了可靠的保障。

1 線路避雷器防雷的原理

線路避雷器采用的是避雷器本體和串連空氣間隙結構的組合，其中避雷器的本體基本不會承擔系統運行的電壓，所以不必考慮在長期運行下的老化問題，當避雷器發生故障時，也不會影響線路的運行。串連空氣間隙分為兩種，一種是純空氣串聯間隙，另一種是由合成絕緣子支撐的串聯空氣間隙。純空氣間隙不必擔心空氣間隙發生故障，但是在安裝避雷器的時候需要調整塔桿上的間隙距離，安裝時要求高一些；而絕緣子間隙在安裝時較為容易，因為間隙距離以由絕緣子確定，但是支撐間隙的絕緣子承擔著較高的系統電壓。

當塔桿被雷電擊時，雷電引發的電流分別經過塔桿、避雷線流入大地，如果塔桿頂端電位與導線電位差值高于絕緣子串50%的放電電壓將會產生由塔頂至導線的閃絡。輸電線路的抗雷能力主要是受絕緣子串50%放電電壓、架空避雷線、雷電流強度以及接地電阻四個因素的影響。其中，僅有架空避雷線與接地電阻是受制于人為控制，因此通常采取降低接地電阻、安裝線路避雷器來提高輸電線路的抗雷能力。一般來說，不安裝線路避雷器時，提高輸電線路的耐雷水平是采用降低塔體的接地電阻，但是在山區或者某些地區的土壤電阻率很高，難以有效的降低接地電阻，這也是輸電線路遭雷電反擊跳閘的原因所在。

安裝線路避雷器之后，輸電線路遭受雷擊時，雷電流的分流將會有一部分從避雷線傳入到相鄰塔桿，一部分經過塔體入地，當雷電流超過一定值后，避雷器動作加入到分流。避雷器殘壓不會超過50%，即使雷擊電流加大，也不會使殘壓過大引發閃絡。具體來講，安裝線路避雷線后，雷擊輸電線路時，線路避雷器會將雷電流分出一部分輸送到相鄰塔桿，雷電流經過避雷線和導線時會受到其電磁感應的作用產生耦合分量，這樣就會升高導線電位，使導線與塔桿頂端的電位差小于絕緣子串的閃絡電壓，從而起到防雷作用。

以往輸電線路防雷主要采取降低塔體接地電阻的方法，此方法在平原相對容易，但是對于山區，在工頻狀態下接地電阻會有所下降，遭受雷擊時，因接地線過長會有較大的附加電阻，這樣就會使塔頂電位大大提高，反而更容易造成塔體與絕緣子串的閃絡，使線路的耐雷水平下降。因為避雷線有鉗電位的作用，對接地電阻的要求不算嚴格，對山區線路防雷比較容易實現。

2 避雷器的選點

大量的運行經驗表明，線路遭受雷擊往往集中于線路的某些地段，這些地段，可以稱之為選擇性雷擊區或易擊區。如果線路能避開這些易擊區或者對其加強保護，則是可以防止雷害的手段之一。經過研究證明，下列地段易遭雷擊：

雷暴走廊，比如山區風口及順風的峽谷等地；四周為潮濕環境山丘盆地，比如塔桿周圍有沼澤、湖泊、森林、水庫等等；土壤電阻率突變的地帶、巖石與土壤、山坡與稻田的交界地帶。當土壤的電阻率差別不大是，雷擊突出于山頂向陽坡的位置。

避雷器一般安裝在線路的易擊區，但是在選擇安裝避雷器地點過程中，必須結合本地區歷年來的線路跳閘狀況以及線路所經的地形進行綜合考慮，以此來提高線路的耐雷水平。

3 避雷器的選擇及其參數的確定

3.1避雷器的選擇

首先，選擇符合絕緣套氧化鋅避雷器。常用的避雷器都是瓷外套，比較重，安裝也不方便，而且在上路上使用上還有一定的局限性，如果發生爆炸，其碎片將會危及臨近的絕緣子的運行安全。所以必須選擇一種比較安全的，適合與線路上使用的避雷器。隨著我國硅橡膠技術的發展，我國也相繼研制出了復合外套氧化鋅避雷器。

其次，選擇外部帶間隙的復合絕緣套氧化鋅避雷器。由于懸掛于線路塔桿上的復合絕緣套氧化鋅避雷器分為兩種，一種是外部帶間隙的復合絕緣外套氧化鋅避雷器（GMOA）；一種是外部不串間隙的復合絕緣套氧化鋅避雷器（WGMOA）。這兩種避雷器中只有GMOA的外串間隙在線路正常運行的情況下能夠隔離電網運行電壓，保持避雷器不受電壓，而且避雷器的額電壓也可以選擇比較低，即使避雷器受到損壞時仍然允許線路繼續運行。由于線路避雷器的有效性很高，其50%的放電電壓低于絕緣子閃絡電壓的80%，有效性高于99%，因此可以免維護。

3.2避雷器參數的選擇

由于避雷器長期運行在電壓下，而且線路運行的條件比在變電站內運行的條件苛刻，為了避雷器運行的可靠性，將復合絕緣套氧化鋅避雷器的電壓由110kv提高到120kv，持續運行的電壓由75kv提高到90kv，直流電壓由1mA提高到160kv，考慮避雷器遭雷擊的幾率大，因而避雷器的強電流耐受由60kA提高到了110kA。另外，考慮到避雷器長期懸掛與線路上并承擔相電壓的作用，所以對避雷器進行了一次施加拉力的試驗，試驗時軸向分別施加550kg、700kg拉力的靜態機械負荷，在此符合狀態下施加1.0倍的電位值測量局部放電，實驗結果表明，當軸向機械負荷加到額定破壞負荷時，局部放電并沒有變化，機電性能仍然穩定。

4 避雷器的安裝應用

安裝避雷器的目的是為了減少雷擊故障和操作過電壓導致的絕緣子閃絡，因此需要結合實際選擇避雷器安裝位置，以發揮其最佳作用。

首先，避雷器與被保護的絕緣子之間距離不要太近，因為線路避雷器的電容量大電阻小，而串聯間隙的電容小電阻大，在正常的情況下線路避雷器承擔的電壓占很小的部分，這樣可以近似的認為線路避雷器的下端電位為零；相反，線路絕緣子的下端則是高電位，如果避雷器安裝太靠近線路絕緣子的話，就可能發生絕緣子下端對避雷器下端出現放電的不正常現象，甚至更為嚴重的結果。因此，兩者之間的最小距離應該是串聯間隙的放電電壓略高于絕緣子下端對避雷器下端的放電電壓。經過大量的試驗表明，這一最小距離應該為110kV-85㎝，220kV-150㎝，考慮到實際因素的影響，安裝時可以適當加大。

其次，盡管避雷器在設計的時候考慮到了抗拉能力，但仍需避免將導線上的負荷轉移到線路避雷器上，考慮避雷器在運行中風偏的影響，應保證串聯間隙距離保持不變。串聯間隙中的固定間隙，將避雷器的外串聯間隙用符合絕緣子固定住，在絕緣子的兩側安裝環狀電極，這樣間隙距離可保持不變。這種安裝結構比較容易，但固定間隙的絕緣子要承受工作電壓的作用。串聯間隙中的空氣間隙受外界因素的影響，比如大風的情況下導線的舞動。因為空氣間隙的一個電極安裝在線路導線上，一個安裝在避雷器本體下端。為了保持間隙距離，電極形狀需要制作成弧形，這種結構的好處一是能夠隔離運行的電壓，減輕電阻片的老化現象；二是當避雷器出現故障時，但不影響線路正常輸電。但該結構在安裝時需要調整間隙距離。

再次，如果選擇一條雷擊率較高的線路的話，所有桿塔三相導線均需要加裝線路避雷器，這無疑對降低線路的跳閘起到了明顯的作用，但是高資金的投入對運行單位來說不是很經濟。在此情況下可以考慮利用一定數量的線路避雷器，同時考慮不同塔桿的接地電阻、桿塔的差距合理的安裝避雷器，以此來保護雷擊率較高的地區，從而降低整條線路的跳閘率。另外，線路避雷器的安裝一般不要采取水平安裝，因為無法確定在長期運行后的變形是否會影響到避雷器的安全，所以，最好應順應桿塔單獨敷設接地線。

最后，最好不采用長引下線將計數器擱置與易閱讀的地方，因為這樣可能導致計數器的數值失真。

對于制定線路避雷器的維護策略時，應該考慮到幾點因素：首先，線路避雷器即使發生了故障一般也不會帶來嚴重的后果；其次，串聯間隙能夠降低發生故障的幾率；最后，傳統的維修方式成本高，能夠使損失風險低于維護成本，按照狀態檢修理論，可以簡化維護策略。

對于線路避雷器運行后的必要維護：第一，定期的測量絕緣電阻，與往年結果對比不應有明顯的變化；第二，檢查并記錄計數器的動作情況；第三，對其固定件的查看，如出現松動現象，進行擰緊，防止松動；第四，定期進行直流1mA的電壓及70%直流1mA的電壓泄露電測量。

結語

綜上所述，線路避雷器應用于輸電線路能夠有效的提高線路的抗雷能力，保證輸電線路的安全、穩健的運行。在實際應用中，選擇合適的避雷器，合理的確定安裝位置及其數量能夠確保發揮避雷器作用的關鍵。加強對輸電線路防雷工作進行分析、總結，不斷積累線路避雷器的運行經驗，提高耐雷水平，以此提升輸電線路的安全性與經濟性。

參考文獻

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