110 kV带串联间隙复合外套线路型氧化锌避雷器的应用

2010-11-15杭文

浙江电力 2010年5期

杭文

（淮南供电公司，安徽淮南 232007）

电网故障分类统计表明，高压线路运行总跳闸次数中，由雷击引起的次数约占40%～70%，在多雷、土壤电阻率高、地形复杂的地区，雷击输电线路引起跳闸的事件事故则更高，带来了较大的经济损失。

为了减少输电线路的雷击故障，已采取了各种技术措施，如减小避雷线的屏蔽角，提高线路的绝缘水平；降低杆塔接地电阻，多重屏蔽，双回路输电线路采用不平衡绝缘等。但采用减小避雷线屏蔽角的方法将受到杆塔结构的限制，提高绝缘水平会增加线路造价，并受到杆塔结构及走廊宽度的限制。在高土壤电阻率地区降低杆塔接地电阻将存在较大的困难。

为了提高供电可靠性，减少输电线路的雷击事故，自1980年开始，国外就开展了应用避雷器降低输电线路雷击事故的研究，并已成功地将避雷器应用到输电线路上。国内外运行经验表明，利用线路避雷器可以使输电线路耐雷水平得到较大的提高，能有效降低线路雷击跳闸率。

本文着重对110 kV带串联间隙复合外套线路型氧化锌避雷器的技术特性进行论述。

1 线路型避雷器串联间隙的确定

带串联间隙线路型避雷器与线路绝缘子串并联，当雷击杆塔时，雷电流引起的高电位使得带串联间隙避雷器动作，降低了杆塔与导线之间的电位差，从而保证线路绝缘子串不会闪络跳闸。在带串联间隙避雷器动作后，又由于避雷器本体是由伏安特性优异的氧化锌电阻片构成，其残压总被限制在远低于线路绝缘子串闪络电压之下，而且在雷电流过后的系统工频电压下能自动熄灭工频续流，保证电力线路正常运行。

1.1 串联间隙的要求

（1）在雷电过电压作用下线路型氧化锌避雷器可靠动作，保证被保护绝缘子不闪络。因此希望把串联间隙距离取小，使带串联间隙避雷器与线路绝缘子串有较大的绝缘配合裕度。

（2）在系统暂态过电压和操作过电压作用下，线路型氧化锌避雷器应能保证基本不动作，则希望把串联间隙距离取大，保证线路型避雷器在暂态过电压和操作过电压下不动作，避雷器本体在异常情况下出现故障时，间隙能可靠隔离。

（3）雷电过电压作用后，串联间隙在工频恢复电压下，串联间隙应能在1～2个工频周期内可靠熄灭工频续流。串联间隙距离的选取要适度，并与避雷器本体的直流1mA参考电压U1mA有关。

1.2 间隙距离确定

在雷电过电压作用下，在保证绝缘子串不发生闪络的前提下，线路型氧化锌避雷器必须可靠动作。DL/T 620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》表15规定110 kV输电线路悬垂绝缘子串最少是7片绝缘子[1]。国内外试验经验均证实，线路用氧化锌避雷器的50%雷电冲击放电电压UL50%等于氧化锌避雷器直流1 mA参考电压U1mA与串联间隙的50%雷电冲击放电电压UC50%之和，即UL50%=U1mA+UC50%=140+UC50%，若取绝缘子串的50%雷电冲击放电电压UJ50%与线路用氧化锌避雷器UL50%的配合系数为A=1.2，则A=UJ50%/UL50%。

以110 kV用7片X-4.5绝缘子串为例，其50%的雷电冲击放电电压为700 kV（正极性）。

查棒—棒电极50%雷电冲击放电曲线可知，在443.3 kV时间隙距离约为500 mm。

2 避雷器本体参数的确定

2.1 避雷器额定电压

理论上，线路避雷器本体额定电压可以取得接近（或稍大于）最大持续运行电压，110 kV取84 kV，对于纯空气间隙是适宜的。但对于绝缘子间隙，若考虑到接近2倍的工频电压和比线路绝缘子更频繁的雷击闪络，避雷器绝缘子发生故障机率大于同类型线路绝缘子，额定电压应取得更高一些，取96 kV比较合理[2]。

2.2 避雷器本体直流1 mA参考电压

避雷器本体直流1 mA参考电压的确定关键是[3]：确保线路避雷器在通过雷电流后，串联间隙必须在系统的工频恢复电压下半波内熄弧。110 kV系统的工频恢复电压为：则系统工频暂态过电压与避雷器本体U1mA的比值为UTOV/U1mA=1.4×102.8/140=1.03。

从氧化锌电阻片的伏安特性曲线可知，对应于1.03U1mA电压的电流接近0.5 A。

日本对线路用氧化锌避雷器串联间隙的工频续流能力进行了试验研究，试验结果证明，切断工频续流需要的串联间隙的临界距离与工频恢复电压的关系如图1，试验中，线路用氧化锌避雷器外绝缘的等值附盐密度取0.06～0.12 mg/cm2，工频续流值小于2 A。

图1 串联外间隙的工频续流切断能力

因此串联间隙距离大于400 mm的避雷器，均可在半波内熄灭工频续流。

2.3 避雷器2 ms方波（或线路放电）试验指标

2 ms方波主要取决于线路避雷器在操作过电压下动作后，可能吸收的最大能量，对于110 kV线路，通过400 A、2 ms方波已经足够了。

2.4 避雷器4/10 μs大电流试验指标

若仅按雷电流的幅值考虑，对4/10 μs大电流试验的要求并不高，但实际通过线路避雷器本体雷电流的波尾却超过了10 μs，这使得线路避雷器本体将吸收大于同幅值4/10 μs大电流试验时的能量。因而，从能量的角度考虑，情况并不乐观，当然这是最不利的安装方式，其它安装方式下年雷击事故率会明显减少，若采用4/10 μs、100 kA的电阻片，理论上年雷击事故率为3/100 000。

2.5 避雷器技术参数

综上所述，根据DL/T 815-2002《交流输电线路用复合外套金属氧化物避雷器》要求，确定避雷器的主要技术参数见表1。

表2 D5电阻片的主要参数

2.6 电阻片的确定

根据表1避雷器的主要技术参数要求，确定采用D5电阻片饼状电阻片。D5电阻片的主要参数如表2所示。

通过计算和校核，标称放电电流10 kA的避雷器采用29片D5氧化锌电阻片。

2.7 结构高度、爬电距离和机械强度的确定

电阻片柱的高度为24.8 mm，每端电极高度取120 mm，则结构高度约为960 mm。设计爬电距离为2 835 mm。

通过环氧树脂管抗弯和抗张的计算，证明所选取的环氧管完全满足机械强度方面的要求。

2.8 避雷器的结构

带串联间隙线路型避雷器采用复合绝缘子支撑串联空气间隙，棒形复合绝缘子两端固定的环状电极（均压环）组成放电间隙，合理的管径、均匀的电场，保证放电稳定。

其放电特性应满足以下要求：

（1）整体的雷电冲击放电电压低于线路绝缘子串50%放电电压的20%以上。

（2）串联间隙工频耐受电压应符合表1规定。（3）为了确保绝缘子串免于雷击闪络，要求避雷器与绝缘子的伏-秒特性在不同的雷电冲击电压下，保护的失效率小于万分之一，在同一击穿时间下避雷器的放电电压比绝缘子串的放电电压低17%。

3 避雷器组装工艺的要求

3.1 组装车间的环境对产品质量的影响

氧化锌电阻片及环氧管在空气中容易受潮，因此避雷器的组装车间必须是无尘洁净车间，且对湿度温度要求严格（湿度小于40%RH，温度在25℃左右）。所以组装间必须配备除尘和除湿及空调设备，才能满足避雷器组装对环境的要求。

3.2 氧化锌电阻片的清擦干燥处理

氧化锌电阻片在运输、配片过程中不可避免造成外表面受污，且电阻片极易受潮，组装前必须进行清擦干燥处理。用洁净的抹布蘸上无水乙醇清擦电阻片表面，然后放入烘箱内进行温度为100℃，时间为10 h的干燥处理。这样就能保证电阻片在组装前是洁净干燥的。

3.3 氧化锌电阻片外套热缩管处理

因为氧化锌电阻片叠起来时无法保证电阻片之间没有缝隙，这主要是电阻片制造上存在的问题，如果不进行处理，在真空浇灌过程中极易造成电阻片间进胶，从而导致产品质量出现问题，所以应在电阻片外套热缩管（硅橡胶制品），加温收缩热缩管使电阻片成为整体的电阻片柱，这样真空浇灌时才能从根本上保证电阻片间不会进胶。

3.4 避雷器灌胶工艺及密封对产品质量的影响

瓷绝缘避雷器由于瓷套内存在空气，在正常自然条件下因呼吸作用而使内部受潮发生的事故屡见不鲜。复合绝缘氧化锌避雷器采用真空灌胶方式解决内部存在空气问题，从而杜绝了避雷器因呼吸作用而受潮的可能性。

瓷套避雷器和复合绝缘氧化锌避雷器的密封问题都非常重要，因为避雷器中的环氧材料和电阻片都极容易受潮。因此选用的密封材料必须有很好的抗老化能力，且要能和合成套以及金属附件有良好的粘结密封效果。在灌胶前必须进行测漏，对避雷器进行抽真空处理，当真空度达到0.06 MPa时，关闭真空管阀门，保证在10 min内，变化不大于0.002 MPa。否则要重新进行处理，且要进行密封检测，合格后方可进行浇灌。