10kV海島型雷擊閃絡保護裝置應用及關鍵技術研究

國網浙江省電力公司溫州市洞頭區供電公司 向 魁 吳隆東 樂雪清 張 穎 杭州順熙科技有限公司 康子森

洞頭地處沿海并存在40%以上的山區半山區地域，很多地帶為多雷區、重雷區，進入雷雨季節時，因雷電活動頻繁造成10kV架空線路雷擊停電事故，架空線路遭雷擊跳閘、瓷瓶擊穿、斷線常有發生，尤其是架空絕緣導線被雷擊斷線的概率高、故障影響大、修復時間長，是配網運行中較為頭痛的問題。

通過組織專業人員對防雷改造范圍內線路狀況進行仔細排查，對現場線路所經過區域進行詳細勘察，并對有關電力設施的接地電阻等參數進行測試，對原線路上避雷器、真空開關等裝置設備型號進行核實和確認，收集當地雷電活動數據、線路運行數據和現場第一手資料后，對近年海島雷擊故障的分布、頻率、類型、損害程度等進行統計分析，并根據大氣雷電活動情況進行參考分析，得出一些較典型雷害特點、原因，制定不同的針對性的差異化措施加以改造，力求不同地形不同措施、不同故障特點不同措施[1]。

1 設計與實現

1.1 設計思路及設計原則

我局基層線路班組對雷擊所導致的跳閘或斷線問題進行匯總與統計分析，提取典型地形地貌特征、對事故種類與過程進行分析，構建了五種雷擊過壓類型、四種典型易受雷擊的地形地貌特征，并對常見的絕緣耐雷水平進行仿真分析，設計出適應海島區域配電絕緣子耐雷水平過電壓裝置。

仿真試驗與實踐驗證相結合的原則。先對線路耐雷水平進行仿真試驗，確定現有各類型絕緣子耐雷水平進行實驗室仿真，設計出能滿足目前絕緣子保護要求的過電壓保護裝置；經濟性與效果并重原則。海島型閃絡保護裝置的研制要考慮現有設備的防雷效果、注重經濟性與應用價值。

1.2 設計原理

當導線上的過電壓幅值超過圖1環針間隙動作電壓時，環針間隙就會動作，海島型閃絡保護裝置的脈沖電容介質容抗很低，將過電壓的波頭及陡度削平，降低了過電壓的瞬間沖擊能力及幅值，降低了此幅值過電壓就不會對絕緣子造成閃絡。鉗住了絕緣子的閃絡電位，絕緣子不會閃絡線路就不會跳閘。海島型閃絡保護裝置的設計原理其實也是高電壓技術中絕緣配合的原理，其保護裝置絕緣水平永遠低于絕緣子耐雷水平。

圖1 海島型閃絡保護器內置原理圖

圖2 海島型閃絡保護裝置工作原理圖

海島型閃絡保護裝置工作原理是依靠保護器里脈沖電容介質來鉗住絕緣子的閃絡電位，也就是靠脈沖電容的高頻特性來“削波”鉗住絕緣的閃絡電位，保護絕緣子不發生閃絡。比起避雷器最大的優點是不需接地引下線和接地體，即使損壞也不會影響線路發生接地停電事故。因為新型海島型閃絡保護裝置有環針空氣間隙與導線隔離，閃絡保護本體損壞后會自動與導線分離，有隔離刀閘的明顯斷開點。

海島型閃絡保護裝置是在線路傳統防雷設備各種弊端上開發的一種新型防雷裝置，其引流線與連接金具支架形成與絕緣子并聯關系，而過去氧化鋅避雷器在陡波、雷電波、操作波保護裕度技術參數很難達到一致，又因避雷器長期掛網運行期間存在工頻續流流入大地，很易引起老化自爆及線路接地故障，當在線路大面積安裝避雷器時，若發生避雷器接地故障通常需花大量人力物力進行幾小時乃至更長時間查找故障[2]。

海島型閃絡保護裝置是我局基層線路班組人員經大量雷擊仿真試驗和現場架空線路遭受雷擊的機理、架空裸導線或絕緣線路雷擊后斷線、線路故障跳閘分析而設計的。若架空線路無過電壓時雷擊閃絡保護上端球隙與導線就會進行隔離，沒有工頻續流流過保護器本體，使保護器本體壽命長，即使保護器本體損壞也不會引起線路接地故障，因球隙與線路有外絕緣隔離、平時不參與架空線路運行。若架空線路的雷擊過電壓峰值達到球隙閾值電壓時，海島型閃絡保護裝置內的球隙開始放電，引起海島型閃絡保護裝置本體迅速動作，其保護裝置動作后將會使架空線路過電壓鉗到絕緣子不閃絡的電壓區間范圍，此時新型海島型雷擊閃絡保護裝置的放電線圈將迫使當前雷電波頭電荷短路放電，當架空線路過電壓消失后，海島型閃絡保護裝置的外球間隙會恢復到原來狀態，此時配電網系統會呈現正常運行狀態。

1.3 主要研究課題

海島10kV架空線路全線走廊雷電特性規律研究：基于雷電信息后臺監管系統和計數器，以網格化的形式對10kV架空線路走廊路徑進行遠程監測，提出可行性優化設計方案；配電網綜合防雷措施分析及仿真理論計算研究：海島型雷擊閃絡保護裝置的保護范圍理論研判，海島型雷擊閃絡保護裝置保護范圍及效果的仿真研究[3]；海島型雷擊閃絡保護裝置數據測試分析系統研究：通過雷電信息后臺監管系統和計數器可監測數據功能，收集分析近年海島區域雷擊故障的分布、頻率、類型、損害程度等規律，結合我局架空線路雷害特點制定不同針對性的差異化防雷方案；海島型雷擊閃絡保護裝置性能參數研究；特殊并聯過電壓保護裝置研究。

2 關鍵技術

新型10kV海島型雷擊閃絡保護裝置采用獨特的純空氣放電間隙設計原理，其放電殘壓遠小于絕緣的閃絡電壓；采用球間隙構成的外絕緣隔離結構設計，保護裝置本體在沒有雷電流的情況下可不承受系統電壓，從而延長保護裝置本體的使用壽命；采用環針間隙和球間隙放電復合設計，放電分算性能非常好，且放電間隙可根據架空線路及地理位置、海拔高度進行絕緣配合調節；新型海島型保護裝置通過電容吸收及拉低雷電波頭，通過內置放電線圈放電，閃絡保護裝置末端金具做好等電位連接，現場安裝可不做接地裝置和接地引下線；海島型保護裝置采用新型內置設計原理，通過脈沖電容的高頻特性來“削波”鉗住絕緣的閃絡電位，保護絕緣子不發生閃絡[4]。

3 結語

10kV海島型閃絡保護裝置上端球隙與導線進行隔離，正常運行時沒有泄漏電流流過保護器本體，使保護器本體壽命延長；由于海島型閃絡保護裝置內球隙的隔離，架空線路因雷擊導致接地故障的概率極低，即便雷擊時架空線路過電壓峰值達到球隙閾值電壓時，海島型閃絡保護裝置內的球隙就會開始放電，閃絡保護裝置將會迅速動作，海島型雷擊保護裝置本體的脈沖電容對此時雷電波頭進行削波，降低雷電幅值，鉗住絕緣子的閃絡電位，當架空線路過電壓消失后，海島型閃絡保護裝置的外球間隙會恢復到原來狀態，系統呈現正常運行狀態。因此新型海島型閃絡保護裝置可廣泛應用于絕緣導線、裸導線上的防雷工作中。