避雷器在輸電線路防雷中的應用探析

林志明

（廣東電網有限責任公司江門供電局，廣東江門529000）

0 引言

避雷器是一種過電壓限制裝置，早期主要用來限制由線路傳入的雷電過電壓幅值，后來發展到用來限制操作過電壓。避雷器同時能截斷續流，避免接地短路。避雷器在正常電壓下不動作，只有遭受雷擊或者操作過電壓，電壓值達到動作電壓規定值時，避雷器導通通過大電流，釋放電壓能量，從而限制過電壓，達到保護設備的目的。避雷器一般接于帶電導線，和保護電力設備并聯。

1 避雷器的工作原理及類型

從發展歷程上來看，電力系統中采用過的避雷器有氧化鋁避雷器、非線性電阻型避雷器、磁吹閥式避雷器和氧化鋅避雷器。氧化鋅避雷器是目前國際上理想的過電壓保護器，相比傳統的碳化硅避雷器，其電阻片的伏安特性得到很大的改善，通流能力也大大提升，可以做成無間隙避雷器，因此帶來了電氣結構特點的根本變化。

目前，線路避雷器多為氧化鋅避雷器。其工作原理為：線路避雷器并聯連接在線路絕緣子的兩端，避雷器本身由數個氧化鋅壓敏電阻（俗稱閥片）串聯而成，閥片是線路避雷器工作的關鍵。每一塊壓敏電阻從制成時就有一定的開關電壓（叫壓敏電壓），在正常的工作電壓下（即小于壓敏電壓）壓敏電阻值很大，相當于絕緣狀態；但在沖擊電壓作用下（大于壓敏電壓），壓敏電阻呈低值被擊穿，相當于短路狀態。然而壓敏電阻被擊穿狀態是可以恢復的，當高于壓敏電壓的電壓撤銷后，它又能恢復高阻狀態。當輸電線路遭受雷擊時，雷電波的高電壓使壓敏電阻擊穿，避雷器的放電電壓或殘壓低于線路絕緣子的放電電壓，避雷器將先于絕緣子放電，雷電流通過壓敏電阻流入大地，限制了線路上的雷電過電壓，從而絕緣子不放電，達到了防止線路雷擊跳閘的目的。

從結構上來分，如圖1所示，線路避雷器分為無間隙避雷器和帶串聯間隙避雷器兩種。無間隙避雷器主要用于限制雷電過電壓及操作過電壓；帶串聯間隙避雷器又分絕緣子間隙和純空氣間隙兩種，主要用于限制雷電過電壓或部分操作過電壓。

（1）無間隙線路避雷器：結構比較簡單，保護性能較好，分散性小，動作很靈敏；但由于電阻片運行荷電率高，容易老化；且避雷器一旦故障則立馬引起跳閘；維護工作量不小，需每年進行預防性試驗。適用范圍：適用于線路及變電站內和附近設備的操作過電壓和雷電過電壓。

（2）帶間隙線路避雷器：對絕緣子串雷擊閃絡具有良好的保護性能；放電電壓分散；電阻片運行荷電率很低，不容易老化；有間隙隔離，在避雷器故障時，間隙可承受運行電壓；維護工作量很小，但需安裝設計。適用范圍：一般用于架空線路的防雷，可顯著減少雷害事故及雷擊跳閘率。

1）純空氣間隙避雷器：間隙距離安裝精度低，受風偏等因素影響；安裝要求較高，只允許正掛、倒立，不允許斜掛和水平懸掛，適用范圍較窄；不存在間隙故障的問題。適用范圍：僅適用于直線塔塔型。

2）絕緣子間隙避雷器：間隙距離穩定，精度高，不受風偏等因素影響；安裝方便，可以正掛、倒掛、側掛、斜掛和水平懸掛，適用范圍較寬；間隙支撐絕緣子長期承受運行相電壓。適用范圍：適用于直線塔、耐張塔、轉角塔等多種塔型。

圖1 避雷器的類型

2 避雷器的應用

2.1 避雷器的類型選擇

輸電線路應選用金屬氧化鋅避雷器（帶有外部串聯間隙結構），本體則可采用復合外套絕緣。500 kV輸電線路宜選用帶空氣間隙結構的金屬氧化物避雷器，220 kV及以下線路可選用帶空氣間隙或絕緣子支撐間隙結構的金屬氧化物避雷器。

2.2 避雷器的選點

由于線路避雷器的保護是有限的，一只避雷器只能保護一串絕緣子或一基塔，這與雷電過電壓性質和雷電流強度有關。但無論是雷擊檔距中央或雷擊塔頂，還是反擊和繞擊，避雷器的保護對于被保護串而言都是貼身有效的。由于線路避雷器的保護范圍只有基本相，所以在考慮經濟技術性的情況下，要根據線路的參數、微地形、微氣象、歷史跳閘情況、雷電流活動情況統籌分析，合理選擇安裝點。

2.3 避雷器安裝桿的選取

（1）地閃密度達到D3及以上的地域，地面傾角超過15°且桿塔高度超過50 m的桿塔選擇安裝避雷器。

（2）地閃密度達到D3級及以上的地域，通過改造難以滿足接地電阻要求的桿塔可選擇安裝避雷器。

（3）歷史跳閘桿塔及前后一基桿塔可考慮安裝避雷器。

（4）對可能造成直流線路換相失敗的交流線路易擊段可安裝避雷器。

2.4 避雷器安裝相別的選擇

（1）對單回輸電線路一般檔距桿塔（檔距小于1 000 m）在其兩邊相各安裝一支避雷器，對大跨越桿塔（檔距大于1 000 m）建議三相均安裝避雷器。

（2）同塔雙回線路：

1）安裝一支避雷器：對同塔雙回線路的每基桿塔，若只能安裝一支避雷器，建議安裝在上相，以此提高線路反擊耐雷水平；為提高線路繞擊耐雷水平，建議安裝在保護角相對較大的一相（對傘形雙回路桿塔安裝在下相，對鼓型雙回路桿塔安裝在中相）；若線路處于邊坡位置，建議避雷器安裝在邊坡外側的一回上。

2）安裝兩支避雷器：如果在同塔雙回線路的每基桿塔上安裝兩支避雷器，為提高線路反擊耐雷水平，建議安裝在兩回的上相；為提高線路繞擊耐雷水平，建議在兩回路中保護角相對較大的一相上各安裝一支（對傘形雙回路桿塔安裝在兩個下相，對鼓型雙回路桿塔安裝在兩個中相）；為防止同跳，建議兩支避雷器安裝在邊坡外側的同一回路上、中兩相。

3）安裝三支避雷器：在安裝兩支避雷器的基礎上，為提高線路反擊耐雷水平，建議將第三支避雷器安裝在邊坡外側一回的中相；為提高線路繞擊耐雷水平，建議將第三支避雷器安裝在邊坡外側一回中保護角相對較大的一相（對傘形雙回路桿塔第三支避雷器安裝在邊坡外側一回中相，對鼓型雙回路桿塔第三支避雷器安裝在邊坡外側一回上相）；為防止同跳，建議三支避雷器安裝在邊坡外側的同一回路上、中、下三相。

4）安裝四支避雷器：如果在同塔雙回線路的每基桿塔上安裝四支避雷器，為提高線路反擊耐雷水平，建議安裝在兩回的上、中相；為提高線路繞擊耐雷水平，建議在兩回路中保護角相對較大的兩相上各安裝兩支（對傘形雙回路桿塔安裝在中、下相，對鼓型雙回路桿塔安裝在上、中相）；為防止同跳，建議將三支避雷器安裝在邊坡外側的同一回路上、中、下三相，第四支避雷器安裝在另一回的上相。

5）一般情況下不會安裝超過5支或更多的避雷器，原則上不超過4支，一般都是2～3支便可。

（3）同塔四回線路：同塔四回輸電線路每基桿塔原則上只安裝3～9支避雷器。如果線路的位置位于邊坡，一般在邊坡外側的一回上安裝避雷器。

3 結語

線路避雷器有效提高了輸電線路的防雷能力，保證了輸電線路的安全運行，提高了電網的安全性和經濟性。

[1]電力設備預防性試驗規程：Q/CSG 114002—2011[S].

[2]交流無間隙金屬氧化物避雷器：GB 11032—2010[S].