适合延平高阻值山区避雷器的研究

陈超 1 范俊辉 2

1 国网南平市延平区供电公司 福建 南平 353000 2 国网南平供电公司 福建 南平 353000

摘要：如何做好高土壤电阻率山区线路防雷，是摆在供电公司运维人员面前的一项重要难题。文章对当下高压输电线路雷击以及跳闸的相关情况进行分析，并结合笔者自身实践经验，就如何提高高压输电线路的防雷效果提出几点合理化建议。
关键词：35kv；防雷；降阻；避雷

1.引言

由于真空环境中不能提供燃弧介质，雷电过后的真空放电间隙电极之间的电压不能维持电弧继续燃烧，所以很快被熄灭。因此真空串联间隙氧化锌避雷器可以采用残压很低的氧化锌电阻片，并能够保证在雷电流过后迅速熄灭电弧。由于避雷器的残压很低，相当于降低了雷电流泄放通道的整体电阻值，使雷电流能够迅速泄入大地，这对于土壤电阻率较低的地区，也许影响不大，但是，对于高土壤电阻率地区来说，却具有非常重要的意义。

2.各类避雷器的优缺点分析

1、线路型氧化锌避雷器

虽然拥有优异的性能，但目前其使用也存在一些不足之处：

（1）安装条件限制。工作时需要良好的接地，通常接地电阻最大不应超过5Ω。否则会由于雷电流流过接地电阻造成地电位抬升，从而导致对电力设备的保护特性变差。这样严苛的使用条件在某些地质条件恶劣的场合（例如在砂石地中）很难达到，导致氧化锌避雷器无法正常使用。

（2）通流容量偏低。我国运行的10kV避雷器设计的通流容量偏低，一般为5kA。

（3）老化问题。长期工频电压及暂态电压导致避雷器老化，需要需要定期检测和维护。另一个原因是生产厂家采用的密封技术不完善，或采用的密封材料的抗老化性能不稳定，在温差变化较大时或运行时间接近产品的寿命后期，造成其密封不良而致使潮气入侵，造成内部绝缘损坏，导致泄漏电流过大，而这些避雷器内部缺陷又往往无法直观的看出，需要每年进行泄漏电流测试。

2、外串联间隙氧化锌避雷器：

由于避雷器电阻片长期承受工频电压所引起的老化问题，以及其量大面广、运维难度大的特点，配网线路避雷器居高不下。为了解决这一问题，采用带外串联间隙氧化锌避雷器。它由避雷器本体与间隙串联组成，避雷器本体只在雷电过电压下动作，不承受工频暂时过电压的作用，从而寿命更长，运维工作量小[6]。但由于采用外串联间隙，受环境条件的影响较大。

3. 多腔室避雷器：

俄罗斯提出一种新型多腔室结构避雷器，由安装在绝缘结构中的多个空气间隙构成，并在每个间隙单侧设计开口，形成多间隙串联。在雷电冲击电压作用下，多腔室击穿放电，抑制线路过电压水平，雷电冲击电流过去后，利用多间隙的灭弧作用防止工频续流的产生。俄罗斯目前已设计多种多腔室结构，研制出适用于10kV-220kV电压等级的多腔室避雷器，各项性能均已满足系统安全运行要求。

国内武汉大学周文俊团队目前已研制出该类型的10kV多间隙灭弧结构和110kV复合型放电间隙避雷器，并通过大量的试验和仿真研究，证实该避雷器能够在半个工频周期内可靠熄弧，且满足系统安全运行要求。广西大学王巨丰团队研制了一种10kV多间隙灭弧防雷装置，通过试验说明该装置能够在0.3ms内可靠熄弧；重庆大学司马文霞团队研制了一种多段微孔气吹灭弧结构，串联于并联间隙接地极侧，以改善并联间隙的灭弧性能[7]。

多腔室避雷器抑制过电压能力强，制造成本低、装置重量轻。但其气体间隙尺寸会随着使用时间而发生改变；由于采用敞开式间隙，其动作特性受环境条件的影响；并且当避雷器动作时，产生的截波可能威胁配电变压器的安全；如果两相同时动作，可能造成相间短路。

多腔室间隙型避雷器是近几年来出现的一种新型的避雷器，主要组成部分是多腔室系统（MCS），是在产品中的硅橡胶支架上安装了大量串联的珠状电极。此系统将一个长气体间隙分割成一系列串联的小间隙，从而加强电弧的冷却，同时在燃弧过程中灭弧室所产生的高压气体将电弧吹至周围的空气中，从而熄灭电弧。该种避雷器产品每年仅需对外观的完整性进行一次检查。另外该种类的避雷器可以安装在带有金属横担的水泥电杆上，无需配置专门的接地导线。

3.新型避雷器的分析

多腔室避雷器依然存在一些不足之处，表现在以下三个方面：①多腔室避雷器安装时为保护线路，必须在导线上安装引弧线夹，避雷器的端部电极与线夹之间要分开一定的距离，距离大小大概50~60mm，这样才能很好地发挥避雷器的灭弧作用，但是随着运行时间的推移，这个距离随着运行线路的松弛会出现缩短，这就有可能影响避雷器的效果。②由于多腔室避雷器是利用空气间隙放电的原理来达到抑制雷电过电压的作用的，而空气间隙的击穿放电电压受空气湿度、大气压等影响变化较大，造成产品的保护电压参数分散性较大。③多腔室避雷器动作后产生的截波，会在绕组类设备中产生很大的电位梯度，从而危及绕组的纵绝缘。

串联真空间隙避雷器：

串联电阻真空间隙避雷器与线路高压绝缘子并联，当雷击塔杆或避雷线时，雷电流引起的高电压使串联间隙击穿放电，降低了横担与导线间的电位差，保证绝缘子不再闪络，从而避免线路跳闸停电，在串联间隙动作后，氧化锌电阻片的残压不仅被限制到远低于干绝缘子闪络电压，而且在雷电压过后的系统工频电压下，由于电阻片的限流作用，加上真空间隙自身的极强的熄弧能力，在雷电流过后就能熄灭工频续流，保证供电正常。

相比于现有的多腔室避雷器，本结构避雷器具有以下3大优势：

1.无截波，避免了对绕组类设备安全的威胁。

2.间隙的动作特性不受环境因素（空气湿度、气压等）影响；

3.两相同时动作不会产生相间短路；

相比于普通的氧化锌避雷器：

本结构避雷器具有以下3大优势：

1.通流容量大；

2.无漏电流，延缓氧化锌电阻片的老化，避免串联电阻片的特性参数差异造成电位分布不均匀引起的老化恶性循环导致的损坏。

3.避免深度抑制能量无限类型的过电压时氧化锌电阻片的老化加剧。

目前关于串联真空间隙避雷器的研究还比较少，需要开展深入研究。

4.结语
本研究提出采用真空间隙串联避雷器电阻片实现10~35kV线路防雷的方案。真空间隙动作稳定，不受外界气候变化和绝缘导线张弛的影响；真空间隙熄弧能力强，配合避雷器电阻片，能可靠切断工频电弧，避免雷击跳闸；采用少量避雷器电阻片串联，不仅可深度抑制雷电过电压，也能避免产生截波。预期该方案能避免10~35kV系统雷击断线问题，并极大提高供电可靠性，有广阔应用前景。但还必须解决高性能真空间隙研制，新型避雷器绝缘配合，性能试验等问题，需要深入开展研究工作。

参考文献：

[1]刘继．电气装置的过电压保护[M]．北京：电力工业出版社，1982．

[2]66kv及以下架空电力线路设计规范(GB5006l一97)．北京：中国计 划出版社．1997．

[3]董振亚．电力系统的过电压保护(第二版)[M]．北京：中国电力出
[4]国家电力公司东北电力设计院。电力工程高压送电线路设计手 册，2002．

[5]杭州市阳避雷器厂。交流输电线路用复合外套金属氧化物避雷器设计选用手册[z]．1999．

作者简介：

陈超（1987-），男，福建南平，工学学士，工程师，单位：国网南平市延平区供电公司，部门：运检部，职务：输电班班长，研究方向：输电运维和检修