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摘要：雷电对高压输电线路具有很强的破坏性，每年都会给电力电网造成大量损失，因此采取合理措施提高高压输电线路耐雷水平意义重大。本文基于上述背景，对线路性氧化锌避雷器在330kV输电线路中的应用进行了分析，以期能为电网建设提供借鉴。
关键词：线路型氧化锌避雷器；330kV输电线路；耐雷水平
电网系统运行过程中最大的威胁来自雷电，尤其是针对高压输电线路，由于线路架空高度较高，在线路导电的影响下，通电时高压电会与线路周围空气产生电离现象，此时周围空气电阻率急剧降低，空气成为导体，当带电云层经过输电线路时，线路很容易形成引雷结构，引发对地放电现象，即使是在输电线路未连通的状态下，架空电线也是良好的导体，在空气湿度较大的雷雨天气容易使空气电阻值降低，因此雷击现象在高压输电线路中极为频繁。为了减少雷电对高压输电线路的不良影响，施工人员通常会采取多种综合防雷措施，例如假装阵列式消雷针、加装避雷器等，以下从线路型氧化锌避雷器在高压输电线路中的应用效果入手进行分析。
1、330kV输电线路雷击原因分析和防雷措施概述
某省近年来330kV主网架设有很大发展，总范围覆盖到全省，由于省内大部分地区为丘陵地带，线路假设需要穿越雷电活动频繁的山区，因此输电线路雷击跳闸率居高不下。其主要原因与线路走向有关，由于线路一般沿山脊走向，少部分线路要跨越河流和道路，发生雷击现象时，雷电绕击导线，造成瓷瓶串闪络，线路由此跳闸，故要该地区330kV输电线路耐雷水平，需以防绕击雷为主。
雷电一次闪击的电压高达数千伏，当输电线路遭受雷击时，系统电压激增，线路中的电流也会上升，虽然目前输电线路中均装有跌落式熔断器，当电流超过峰值时可自动短路，但会导致大范围停电。目前常规的避雷措施以在线塔上树立避雷针为主，但这种方式与线塔的间距较远，且线塔高度有限，常规避雷针的防御范围仅仅限定在仰角45°，无法保证所有线路均处于防雷范围内。
注：1-杆塔横担；2-绝缘串子；3-导线；4-线路避雷器；
5-雷击动作记录装置；6-地线
图1 330kV输电线路氧化锌避雷器装设示意图
2、线路型氧化锌避雷器应用措施
线路型氧化锌避雷器通常装设在容易发生雷击闪络的杆塔上，与线路中的绝缘子串并联（如图1所示）。主要由非线性电阻片叠加而成，具有特殊的伏安特性，适用与高压线路防雷，其主要材质为氧化锌，低压时可作为绝缘体，高压时可作为导体，其作用是对电气设备进行保护，免受雷电侵入波过电压带来的绝缘损坏，在线路正常运行状态下，氧化锌避雷器处于隔离绝缘状态，流经电流小，为uA级或mA级，一旦线路遭受雷击，间隙被击穿，处于接地状态，电阻击距降低，线路导通后，流过避雷器的电流可高达几千安，避雷器可将过电压能量充分泄放，对线路和绝缘子起到保护作用，雷击电流泄放完毕后，避雷器可再度恢复动作能力，在连续雷击的情况下，氧化锌避雷器仍然具备保护能力。
装设线路型氧化锌避雷器时需符合以下选点原则：①以区域雷击故障记录为依据，选择容易遭受雷击、近5年来雷击闪络跳闸率最高的线路杆塔；②选择接地电阻大、降阻难，雷击几率高的杆塔；③选择与水库、河流等水分子重的区域接近，容易生成雷云的杆塔；④选择地理因素特别的杆塔，例如山坡迎风面；⑤雷击频繁区域、整体高度≥50m的杆塔、孤立山头的杆塔必须装设避雷器，且耐张塔的外角侧需加装线路避雷器。⑥采用铰链支撑式对避雷器进行连接，即本体与支撑绝缘子通过铰链串联，避雷器两端与导线和杆塔用脚链相连，总体呈倾斜状，当导线受风力干扰产生偏移舞动时，避雷器本体上缘与横担连接处需灵活活动，下缘与支撑间隙绝缘子同样用铰链连接，减少绝缘子弯曲和扭转应力过大。
表1 330kv输电线路避雷器安装表
3、330kV输电线路使用线路型氧化锌避雷器后耐雷水平分析
加装线路型样氧化锌避雷器后，采用EMTP电磁暂态计算法对耐雷水平进行分析，从而得出线路防雷效果以及保护范围。具体通过三相导线、底线以及多导线系统等因素进行计算处理：杆塔包括集中与分布参数；雷电波以斜角平顶波（2.6/50us）以及标准雷电波（1.2/50us）来计算；线路杆塔的雷电冲击接地电阻分别设为5Ω、7Ω、10Ω、15Ω、20Ω、30Ω。避雷器额定电压为330kV，以生产商实际能力为准，阀片吸收能量计算参照4.0kJ/kV，吸收能量的极限值以8.0kJ/kV为准。
3.1雷击塔顶的耐雷水平
针对杆塔高57.8m、档距430m的330kV直线塔，不设避雷器和装设避雷器后的耐雷水平如表2所示。
表2 冲击接地电阻值不同等级时的耐雷水平对比
从表中可看出，杆塔耐雷水平与接地电阻值呈负相关，电阻值越大耐雷水平越低，但装设避雷器后，耐雷水平的降低幅度较小，通常情况下，接地电阻值在30Ω及以下时，装设避雷器后的杆塔耐雷水平变化不大，但当杆塔间档距增大是，耐雷水平逐渐降低，以7Ω为例，当档距为800m时，耐雷水平分别降至163.5kA和155.8kA，此时要提高耐雷水平主要通过提高避雷器最大冲击电流的耐受力来达到。计算公式如下：
其中，U50%代表的是绝缘子串的正50%冲击放电电压，kv；k是导线和壁垒限制间的耦合系数以及几何耦合系数；β为塔杆分流系数；Ri为塔杆接地电阻，
；Lt为塔杆电感，ha；h1这些代表塔杆高度以及横担对地高度；hg；hc则代表避雷线以及导线对地的平均高度。
此外，若将导线的分流作用纳入到考虑范围内，还可提高一定幅度的耐雷水平，以斜角平顶波来计算，档距为400m时冲击接地电阻在5～30Ω以内，杆塔顶耐雷水平可达到200kA，而雷电流接近200kA的情况将少，因此只需在绝缘子串上并联一个避雷器即可全面降低杆塔过电压，避免闪络跳闸。
此时的计算公式为：
其中的Lg为塔杆两边相互比邻档避雷线电感的并联值，对单避雷线中，Lg=0.67×1，对于双避雷线中，Lg=0.42×1，L档距长度，Lt为雷电流波头长度。
3.2雷击导线的耐雷水平
未装避雷器时杆塔耐雷水平仅为18.6kA，装设避雷器后，导线采用分布参数，并将避雷线与导线的耦合基于杆塔分流的作用考虑进去，同样以斜角平顶波和标准雷电波进行计算，在导线两端开路最严格条件下，耐雷水平分别达到84.4kA和98.3kA，在5Ω和30Ω的条件下再次计算，发现改变杆塔的接地电阻值对耐雷水平的影响极为轻微。此时若导线末端短路，耐雷水平仍然受到避雷器耐受最大冲击电流限制，若导线末端开路，耐雷水平则受到热容量控制。当斜角平顶波≥84.4kA、标准雷电波≥98.3kA，此时雷电击在导线上，极有可能因避雷器通流能力和热容量限制导致避雷器损毁。雷电绕击导线时则主要受到最大击距限制，雷电流大于最大击距时，受大地屏蔽和避雷线作用，会直接击到避雷线和地面，导线也能免受绕击损害。
3.3避雷器残压对耐雷水平的影响
由于线路冲击绝缘水平高于330kV线路型的避雷器的额定电压的残压值，因此，对于避雷器而言，不管选用哪一个额定电压都可以保护线路运行的正常性，降低雷电天气对于线路的干扰性。但是需要重视的一点事项：对于额定电压的选用时，一旦过高，避雷器的荷电率相对会降低，反之，提高能量吸收，所以一旦对于避雷器的选用需要选择额定电压比较高的，这样可以保证降低避雷器的自身负担。与此同时，技术人员根据计算结论得出一个现象：随着避雷器额定电压的增加，线路的耐雷水平也会随之增强，不过增长的幅度不会过高。
随着避雷器冲击残压的增加，避雷器雷电放电电流会随之减小，不过这种增加避雷器冲击残压的方式并不是非常的实用，所以技术人员一般都不会过多的采用这种技术。同时根据我国对于避雷器的研究制造，我国的避雷器技术的发展水平越来越高，其中根据技术性能的要求，我国在选择避雷器时，一般都会选用额定电压为330kV的新路型氧化锌避雷器，这种避雷器的雷电冲击残压为807kv，所以对于耐雷水平的提高有着显著的效果。
因此，根据以上的计算，我们可以明确330kV输电线路避雷器对于线路的保护范围比较广，并且能够提高在雷击塔上的耐雷水平以及绕击导线的耐雷水平，有效的提高了线路电力运输的效率。
4、结束语
综上所述，在330kV输电线路中应用线路型氧化锌避雷器可行性高，且能有效防止绕击雷对线路的损害，从而提高330kV线路的耐雷水平，对提高电网运行效益起到了积极作用。
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论文作者:邹贵富
论文发表刊物:《基层建设》2018年第14期
论文发表时间:2018/7/23
标签：避雷器论文; 线路论文; 杆塔论文; 氧化锌论文; 导线论文; 雷电论文; 避雷线论文; 《基层建设》2018年第14期论文;