(广东电网有限责任公司茂名信宜供电局 525300)
摘要：配电线路雷击跳闸占整个跳闸总数的70%-80%以上，研究10kV配电线路防雷现状，找出提高线路防雷水平的措施。间隙避雷器作为线路避雷器的一种是10kV配电线路的有效防雷措施，通过分析其工作机理及保护范围，并在信宜供电局配电线路上试用。试用结果表明，10kV线路按照原则配置间隙避雷器能大幅降低配电线路的雷击跳闸率，值得推广应用。
关键词：雷击跳闸、间隙避雷器、配网、防雷
Discussionontheapplicationofgaparresterindistributionnetwork
WangJinqiang
(MaomingXinyiPowerSupplyBureauofGPGC,GuangdongXinyi,525300)
Abstract:Lightningstrikesofdistributionlinesaccountfor70%-80%ofthetotalnumberoftrips.Studythelightningprotectionstatusof10kVdistributionlinesandfindoutmeasuresto
improvethelightningprotectionlevelofthelines.Asoneofthelinearresters,thegaparresterisaneffectivelightning
protectionmeasureforthe10kVdistributionline.Byanalyzingitsworkingmechanismandprotectionrange,itistrie
donthedistributionlineofXinyiPowerSupplyBureau.Thetrialresultsshowthatthe10kVlineisconfiguredaccording
totheprinciplethatthegaparrestercangreatlyreducethelightningtriprateofthedistributionline,whichisworthyofp
opularizationandapplication.
Keywords:Lightningstriketrip,gaparrester,distributionnetwork,lightningprotection
0前言
随着电力系统的发展，由于雷击而引起的事故也日益增多。据不完全统计，电网线路遭雷击跳闸占整个电网的跳闸总数的70%—80%以上，而雷击跳闸中90%以上是由感应雷造成的，即雷击发生在设备、线路或者电缆附近，从而在线路或电缆中产生感应浪涌电流，该浪涌电流顺着线路或电缆冲进配电设施，从而影响供电可靠性[1]。只有10%的雷击事故是由直接雷击造成跳闸，所以即使采取电缆入地措施也难以避免雷击损害[2]。随着经济的快速发展，不间断的优质供电对各行各业及人民生活显得越来越重要，因此，这要求供电企业要不断提升管理水平，不断提高供电可靠性，最大限度满足用户的生产生活的需要，确保电力的有效供应。
1配网防雷现状
目前国内外普遍使用加强线路绝缘、加装避雷针、架空耦合地线、安装线路型避雷器、装设自动化重合闸装置及合理使用消弧线圈等措施来降低配网雷击故障率。
1.1加强线路绝缘
为了提高10kV配电线路的耐雷水平，需加强线路绝缘。瓷横担的耐雷水平是铁横担针式绝缘子的3倍多，因此，在10kV线路中应尽量选择瓷横担。对于现有铁横担线路，应更换成高一级的绝缘子。将线路上的P10、P20型针式绝缘子更换为支柱绝缘子、复合绝缘子来加强线路绝缘可大幅度减少雷击闪络概率，从而大幅度提高线路的耐雷水平[3]。
1.2加装避雷针
避雷针安装于线路塔头，对无架空避雷线段线路加设避雷针,只能作为单根避雷针保护，其保护范围一般小于10m；当装有架空避雷线的线路，避雷针在线路终端杆塔,由于能和架空避雷线,甚至是变电站的独立避雷针构成联合保护,保护范围将扩大。
1.3架设耦合地线
架空耦合地线对在配电线路上架设避雷线可使雷电流向各个线柱分流，可以减少流入杆塔的雷电流，防止雷直击配电线路；同时由于避雷线的屏蔽效果，可以降低塔顶电位，抑制其在相导线中产生的过电压，可以降低雷击感应过电压。但由于配电线路设计的绝缘水平较低，雷击架空避雷线后很容易造成反击闪络[4]。
1.4安装线路型避雷器
线路型避雷器是在限流消弧角原理的基础上研制的新型防雷设备，融合了保护间隙成本低廉、结构简单以及氧化锌避雷器保护特性好的优点。10kV配电线路上，每隔一定的间隔安装一组避雷器，是配电线路防雷的有效措施。特别是在10kV配电线路的绝缘薄弱点，如个别金属杆塔、特别高的杆塔、个别铁横担、带拉线的杆塔和终端杆处，应装设避雷器进行保护。安装线路避雷器可以使由于雷击所产生的过电压超过一定的幅值时动作，给雷电流提供一个低阻抗的通路，使其泄放到大地，从而限制了电压的升高，保障了线路、设备安全[5]。
1.5装设自动重合闸
由于线路绝缘具有自恢复性质，大多数雷击造成的闪络事故在线路跳闸后能够自行消除。因此，安装重合闸装置对降低线路的雷击事故效果较好。据统计，我国110kV及以上的高压线路重合闸成功率达75％-95％，35kV及以下的线路重合闸成功率达50%-80%。因此，应尽量在架设在多雷区的10kV线路分支线路安装重合闸装置，提高供电的可靠性[6]。
1.6合理使用消弧线圈
雷电活动强烈、接地电阻又难以降低的地区，10kV配电网可考虑电网中性点经消弧线圈接地。雷击闪络大多数是从单相闪络发展为相间闪络的，采用消弧线圈后，可使大多数雷击单相闪络接地故障被消弧线圈消除，不至发展为持续的工频电弧。而当雷击引起两相或三相闪络故障时，第一闪络并不会造成跳闸，先闪络的导线相当于一根避雷线，增加了分流及对非故障相的藕合作用，使未闪络相绝缘上的电压下降，从而提高了线路的耐雷水平。正确整定消弧线圈的运行参数，可明显减小相间闪络建立工频电弧的概率。采用消弧线圈接地后运行效果良好，雷击跳闸率可降低1/3左右[7-8]。
2间隙避雷器的保护机理
间隙避雷器作为线路型避雷器的一种，是在引进吸收日本和澳大利亚采用的限流消弧角的基础上，在国内率先研制开发成功的适合中国国情的防雷措施，它由非线性电阻限流元件（氧化锌阀片）串联放电间隙组成，安装于线路绝缘子上，能够有效的降低杆塔的过电压，降低跳闸率。
2.1间隙避雷器工作原理
固定外串联间隙避雷器由避雷器本体和固定外串联间隙组成，外串联间隙一端接10kV线路，一端接避雷器高压端。当导线上的雷电过电压幅值超过串联间隙放电电压后，间隙击穿，避雷器本体进入低阻抗导通状态，起到限制避雷器残压的作用；雷电冲击过后，系统工作电压加在避雷器本体上，本体瞬间恢复到高阻抗阻断状态，工频续流被抑制在很小的范围内无法建弧，串联间隙绝缘性能迅速恢复，避雷器和线路恢复到正常运行状态，如图1所示。
图1 固定外串联间隙避雷器工作原理图
Figure1 Workingprinciplediagramoffixedexternalseriesgaparrester
2.2间隙避雷器的保护范围
对于间隙避雷器，安装位置只能在杆塔上，而且雷击闪络点也只会出现在杆塔上，所以其保护范围定义为本基杆塔安装的避雷器能否保护临近第1基杆塔、临近第2基杆塔、或是临近第N基杆塔，能够保护的杆塔越多，相应的保护范围就越大。
安装保护装置后，线路的耐雷水平与安装间隔及杆塔接地电阻的大小有很大的关系，为了研究雷直击线路时线路型避雷器的防雷效果，以下将对安装密度为每2基杆塔和安装密度为每基杆塔在不同杆塔接地电阻及不同的雷电流下进行分析计算。假定每基线路型避雷器安装塔的冲击接地电阻R0=1-100Ω，每基杆塔的线路档距为L=50m。通过在ATPEMTP中建立仿真模型研究，结果如表1。
表1 不同雷电流下间隙避雷器安装密度及不同杆塔接地电阻的效果分析
Table1Analysisoftheinstallationdensityofgaparresterandthegroundingresistanceofdifferenttowersunderdifferentlightningcurrents
根据上表线路型避雷器采取安装密度为2基杆塔安装方式下，一旦遭受到直接雷击，绝大多数情况下都会引起线路跳闸，并有可能造成雷击断线事故；而当采取安装密度为每基杆塔安装线路型避雷器时，若架空导线遭受直接雷击，不论雷电流值的大小，均不会造成被雷直接击中的杆塔和相邻各基杆塔之间发生绝缘子闪络现象以及造成线路雷击跳闸。因此，线路型避雷器可以对整条架空线路起到良好的保护作用，使整条线路在遭受直接雷击情况下都不会使线路跳闸。
在线路型避雷器安装密度为2基杆塔的情况下，杆塔的接地电阻值对直接雷击防护具有很大影响，接地电阻愈低，保护效果愈好。但当雷电流大于40KA时，为了保证相邻杆塔绝缘子不发生闪络，雷击杆塔的接地电阻要求小于4Ω。但是实际上，杆塔的接地电阻是很难达到4Ω。所以，当雷电流峰值大于40KA时，相邻的未安装线路型避雷器的杆塔一般都会发生绝缘子闪络现象。在每基杆塔均安装有线路型避雷器的情况下，杆塔接地电阻的大小变化基本上不会对其保护性能产生影响，杆塔的接地电阻在1-100Ω范围内，线路型避雷器均能很好地起到保护作用。
2.3间隙避雷器的优点
正常运行工况下避雷器本体不带电，不存在老化问题，可减少运行检修维护，或免维护，使用寿命长；即使避雷器本体损坏，因有串联间隙的隔离，不会引起正常情况下的系统短路故障；无需设置专门接地；安装简便。
3间隙避雷器在信宜配网的应用
3.1信宜电网概况
信宜属于典型的山区，海拨高程1000米以上的山岭80座，年平均雷暴日数达109天以上，7月份雷暴日数多达28天，几乎天天打雷。雷暴之多，超越雷州半岛，居广东省陆地之冠。根据广东电网2011至2015年地闪密度分布图，见图2，信宜南部的金垌、北界、水口、东镇、丁堡均属于强雷区，雷电活动强度远高于全国平均水平。信宜现有121条10kV线路，10kV线路大部分跨山越岭，2015年10kV线路累计跳闸658条，其中属雷击跳闸的有512条，占总跳闸数的77.81%，雷击严重影响信宜地区的供电可靠性。
图2 2011～2015年广东电网地闪密度分布图
Figure2GroundflashdensitydistributionmapofGuangdongPowerGridfrom2011-2015
3.2实施过程
近年来信宜供电局在配电线路防雷改造方面开展了大量工作，线路雷击跳闸率总体呈下降趋势，但线路雷击跳闸概率仍然很高，线路雷击造成绝缘子破损、断线等现象还是常见。结合近年来防雷改造的经验以及间隙避雷器的优点，很有必要对间隙避雷器这一“疏导型”的防雷措施开展全面研究，分析其功能特点、技术性能、适用范围以及在信宜电网的应用前景，发挥其保护绝缘子、避免多相及永久故障的作用，为信宜电网的安全运行提供有力的支撑与保证。
根据间隙避雷器的保护范围的特点，结合10kV线路的历年故障情况。2017年7月，信宜供电局选取了北界所的10kV北界线、镇隆所的10kV昌耀线及新宝所的10kV新宝乙线作为间隙避雷器的试点应用线路，具体配置如表1，现场安装图如图3。
表2 试点线路间隙避雷器配置情况
Table2 Configurationofgaparresterforpilotline
图3 间隙避雷器现场安装图样
Figure3 Gaparresterfieldinstallationpattern
3.3实施效果
完成安装并运行一年后，截至2018年9月，10kV北界线跳闸3次，同比下降86.96%，10kV昌耀线跳闸1次，同比下降93%，10kV新宝乙线跳闸3次，同比下降86.3%，该三条线路跳闸的原因均非雷击引起。在2018年8月对该三条线路进行无人机特巡并记录间隙避雷器的跳闸次数，线路上安装的间隙避雷器大部分均记录有动作次数，较多的次数达到56次，由此可见，间隙避雷器对10kV线路的避雷效果显著，大大减少雷击故障率。
4结论
本文对目前配电线路的防雷措施进行了分析，重点分析了间隙避雷器的工作机理以及保护范围，并在信宜选取了跳闸率较高的在不同雷区的典型线路进行了试点安装间隙避雷器，结果表明间隙避雷器的对线路的防雷效果显著，值得推广使用。间隙避雷器的配置原则可以结合10kV线路的历年故障情况，对于强雷区，线路易遭受雷击影响的应该每基均安装间隙避雷器，间隙避雷器不用做独立的接地体直接利用杆塔的自然接地。对于中多雷区，线路受雷击影响但不十分频繁的，选择每2基安装一组间隙避雷器，多雷区地方结合线路历年故障情况，必要时增加独立接地体，接地电阻要求达4Ω以下。此外，采取隔2基安装一组的还必须满足变电站出线两基杆塔配置一组、T接杆塔和分支线第一基杆塔配置一组、耐张塔（杆）配置一组的要求。
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作者简介：王进强（1984.02）硕士研究生，工程师，从事配电安全运行管理工作。
论文作者:王进强
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/14
标签：避雷器论文; 线路论文; 杆塔论文; 间隙论文; 信宜论文; 防雷论文; 绝缘子论文; 《电力设备》2018年第19期论文;