降低配電線路避雷器雷擊損壞概率對策研究

羅濤

摘 要：避雷器長期工作于外部惡劣環(huán)境當(dāng)中，承受工頻電壓、沖擊電壓、內(nèi)部受潮、外部污穢等因素作用，極易產(chǎn)生性能劣化或故障。當(dāng)避雷器承受雷電過電壓作用時，氧化鋅閥片短時間內(nèi)承受大量熱量，來不及向周圍傳遞，過熱點(diǎn)與周圍溫度梯度在閥片內(nèi)部產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致閥片破裂或損傷積累，最終導(dǎo)致避雷器損壞。鑒于此，本文對降低配電線路避雷器雷擊損壞概率對策進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：配電線路;避雷器;雷害;損壞;避雷線

0引言

避雷線的抑制效果隨著雷擊點(diǎn)距線路的增大而有所增加，隨著避雷線高度的增加而降低;避雷線數(shù)量的增加能夠增大對感應(yīng)過電壓的抑制效果，尤其是在接地電阻較小的區(qū)域;避雷線對感應(yīng)過電壓的抑制效果隨著避雷線接地間隔的縮短而增大。在線路絕緣子串閃絡(luò)電壓較低情況下可以通過縮短避雷線接地間隔來確保線路不發(fā)生兩相閃絡(luò)。

1仿真計(jì)算模型

1.1雷電流波形

對于雷電主放電電流波形，IEEE推薦采用Hei-dler函數(shù)模型，解析表達(dá)式如下：

式中，I0為雷電流幅值;τ1為波形前沿時間常數(shù)，τ2為波形延遲時間常數(shù)，η為幅值校正因子，n為電流陡度常數(shù)。仿真中雷電流波形取2.6/50μs，對應(yīng)放電通道等值波阻抗根據(jù)相關(guān)規(guī)范選取。

1.2絕緣子串閃絡(luò)判據(jù)

絕緣子串閃絡(luò)判據(jù)采用與單回路運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)較為符合的規(guī)程法，當(dāng)絕緣子串兩端電壓超過50%沖擊放電電壓時，絕緣子串發(fā)生閃絡(luò)。10kV線路緣采用P-15T型針式絕緣子，其50%沖擊放電電壓為118kV。

1.3損壞概率計(jì)算

在一次雷電過電壓作用下，避雷器吸收能量Es計(jì)算如下：

式中，i（t）為流經(jīng)避雷器的電流，u（t）為避雷器兩端電壓。

線路避雷器損壞影響因子較多，篩選出敏感因子，如：雷電流幅值和雷擊點(diǎn)方位。將這兩個敏感因子作為獨(dú)立隨機(jī)變量，將其他因素作為固定參數(shù)，采用區(qū)間組合統(tǒng)計(jì)法計(jì)算。將獨(dú)立隨機(jī)變量I和d在一定范圍內(nèi)劃分為若干子區(qū)間ΔI和Δd，每個子區(qū)間用其中值來表示，每個子區(qū)間的概率分別記為ΔPI、ΔPd，區(qū)間內(nèi)對應(yīng)的避雷器發(fā)生損壞概率記為ΔF，將所有變量子區(qū)間按照排列組合法構(gòu)成n個復(fù)合事件，最后將引起變壓器絕緣故障的n個復(fù)合事件的概率全部累加起來得到避雷器總體損壞概率為

計(jì)算中雷電流的選取范圍為1-200kA，以5kA為一個區(qū)間。

2仿真結(jié)果分析

2.1雷電直擊過電壓

不同布置方式下，雷電直擊線路時三相電壓波形見圖1。雷擊電流幅值30kA，對應(yīng)的雷電流通道等值波阻抗為800Ω，桿塔工頻接地電阻10Ω。

2.2加強(qiáng)絕緣

不同絕緣措施下，不同導(dǎo)線布置方式對應(yīng)的雷擊相間閃絡(luò)概率。分別考慮采取絕緣導(dǎo)線和裸導(dǎo)線情況，絕緣子串考慮采用P-15和PT-20情況。增大絕緣子串閃絡(luò)電壓對于改善線路相間閃絡(luò)絕緣情況效果不明顯，閃絡(luò)概率略有增加。導(dǎo)線本身絕緣情況影響更為明顯，絕緣導(dǎo)線相間閃絡(luò)概率遠(yuǎn)低于裸導(dǎo)線情況，這主要是由于絕緣導(dǎo)線發(fā)生相間閃絡(luò)電壓差遠(yuǎn)高于裸導(dǎo)線。

2.3避雷器設(shè)置間隔

雷電流波形波頭時間均值越短，導(dǎo)線相間閃絡(luò)概率越高。主要是波頭時間均值越短，出現(xiàn)陡波雷電流概率越高，雷電流高頻成分越豐富，導(dǎo)線直擊雷過電壓越高。

2.4避雷線高度

不同避雷線高度和雷擊點(diǎn)距線路距離情況下感應(yīng)過電壓的抑制系數(shù)變化也各不相同。感應(yīng)過電壓抑制系數(shù)=安裝避雷線后感應(yīng)過電壓/未安裝避雷線時感應(yīng)過電壓。感應(yīng)過電壓抑制系數(shù)隨雷擊點(diǎn)距線路距離的增大而降低，說明避雷線的抑制效果隨雷擊點(diǎn)距線路距離的增大變得明顯，但變化幅度并不大。此外，避雷線高度越高，抑制系數(shù)越大，對感應(yīng)過電壓的抑制效果越差。因?yàn)楸芾拙€高度增加導(dǎo)致了避雷線與導(dǎo)線間電磁耦合強(qiáng)度的減弱。避雷線除了降低感應(yīng)過電壓外，還起到防止雷電直擊導(dǎo)線的作用，但降低避雷線高度會增大避雷線對線路的保護(hù)角，削弱對線路的遮蔽效果。

3結(jié)束語

目前，針對線路采用避雷器防護(hù)研究較多，集中于線路防雷效果的提升、避雷器布置方式，缺乏對于線路避雷器遭受雷擊后能量吸收、損壞概率等方面的詳盡分析。現(xiàn)有的避雷器壽命預(yù)測計(jì)算方法過于簡化，未考慮桿塔實(shí)際結(jié)構(gòu)特征、接地體沖擊特性。因此，需要估算配電線路避雷器雷擊損壞概率，提出合理對策延長避雷器運(yùn)行壽命，降低線路雷電防護(hù)成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁挺江，劉致君，焦彥軍.單避雷線對10kV配電線路防雷建設(shè)的影響[J/OL].電測與儀表：1-6[2020-08-31]

[2]傅景偉，李小平，姚堯，程建翼，楊志淳，柴鵬，石忻，盧澤軍.10kV架空配電線路常用防雷措施防雷性能對比研究[J].水電能源科學(xué)，2019，37（12）：132-135+139.

[3]張曉東.電力系統(tǒng)中配電線路檢修技術(shù)的應(yīng)用探究[J].通信電源技術(shù)，2019，36（12）：285-286.