500kV线路型避雷器雷击塔顶特性研究

李庆玲

(青岛港湾职业技术学院，山东 青岛 266404)

1 研究模型

避雷器YHCX20W－396/1050为研究对象，图1是雷击中塔顶时的示意图，三相导线分别为A、B、C，避雷线分别为1和2，雷击在塔顶与避雷线1相连处。

图1 雷击塔顶示意图

2 仿真计算

2.1 避雷器装设方式不同时，导线的耐雷水平

(1)耐雷水平的计算，在没有装设避雷器时

图2～图4是雷电击中塔顶情况下，木有安装避雷器时，接地电阻不相同的时侯，计算绝缘子上的过电压幅值情况。

图2 接地电阻是10Ω时，当154kA雷电流击中塔顶时，绝缘子上的电压

图3 击中塔顶雷电流为154kA时，接地电阻为20Ω时，绝缘子上的电压

图4 145kA雷电流击中塔顶时，接地电阻是30Ω时，绝缘子上的电压波形

(2)若导线上没有安装避雷器时，雷击塔顶的耐雷水平计算，见表1

表1 雷电击中塔顶时，耐雷水平情况，没有安设避雷器时

3 A相加装一支避雷器时，雷击塔顶的耐雷水平(如表2所示)

从上图可以看到，当杆塔档距分别是300m、350m、400m的时候，雷电击中相邻杆塔的绝缘子均不会发生闪络。由表2可以知道，在A相(边缘相)装设一支避雷器之后，雷击塔顶的耐雷水平会有比较大的提高，首先闪络的绝缘子总是C相绝缘子。图5是雷电击中塔顶时，塔顶电位和导线上的感应电压，在A相上安装了避雷器。

表2 当A相安装一支避雷器时，雷击塔顶时的耐雷水平的计算

从上图可以得知，塔顶电位很高，经过大约3μs后，电压进入一个波谷，那是由于雷电波在相邻杆塔的折返射造成的。因此，从理论角度来分析，如果在相邻杆塔上安装了避雷器，而被击杆塔上则没有装设避雷器，被击杆塔是不能被保护的，因为，相邻杆塔上避雷器的限压作用在3μs左右以后才能反映到被击杆塔过电压值上，而被击杆塔上过电压的峰值出现在0.3μs左右，因此，被击杆塔的最大过电压峰值已过。图9是相邻杆塔的塔顶和导线的对地电位，C相绝缘子上的电位总是最高，最先闪络。

图6 当雷电击中塔顶时，避雷线上的电压波形

图7 导线上的电压波形，当雷电击中塔顶时

图8 当雷电击中塔顶时，绝缘子上的电压波形

图11是相邻杆塔上，绝缘子上的电压，从图可以看出，此时A相绝缘子上的电压幅值最高，这是由于雷电波到达相邻杆塔时，避雷线上的电位已经降低了很多，甚至比导线上的电位更低，绝缘子上的电压差等于导线电位减去避雷线上的电位。此时只要考虑A相是否闪络即可。

图9 在相邻杆塔处，当雷电击中塔顶时，避雷线上的电压波形图

图10 当雷电击中塔顶时，在相邻杆塔处，导线上的电压波形

图11 在相邻杆塔处，绝缘子上的电压波形，当雷电击中杆塔时间

2.2 保护档距的计算

(1)A相安装一支避雷器时，保护档距的计算

从计算得知，在A相工频电压相位为90°时，被击杆塔的耐雷的水平最高(均在220kA)以上，以此角度计算保护档距。因为被击杆塔只能耐受220kA雷电流，因此对相邻杆塔的保护作用最大也只计算到220kA。

表3 A相(边缘相)加装一支避雷器时，保护档距不相同时，相应的耐雷水平计算(kA)

从表3可以知道，避雷器对于临近杆塔的保护作用，当接地电阻较大时，保护作用才更好。这是由于避雷线与杆塔连接，雷电流中的大部分从杆塔流入大地，导致下一级杆塔时，避雷线电位更低。接地电阻较小时，避雷线电位较低，绝缘子上的电位差就越大。

(2)三相均安装避雷器时，耐雷水平的计算

三相均安装一支避雷器时，雷电击中装有避雷器的杆塔时，都不会造成绝缘子闪络，无论雷电流是多大，此时应考虑避雷器的能量吸收能力，最大允许通过雷电流幅值。在实际运行中，雷电流幅值超过300kA的概率是非常小的，计算中采用300kA的雷电流雷击安装三支避雷器塔顶，计算此时流过避雷器的电流的最大值，避雷器吸收的能量。

表4 当安装三支避雷器时，雷击塔顶时的耐雷水平

表5 雷击安装三支避雷器的相邻杆塔时，耐雷水平的计算(单位kA)

在相邻杆塔装设了三支避雷器的情况下，接地电阻的大小对耐雷水平的影响是比较大的，而档距在300～400m范围内变化时，对导线耐雷水平基本上木有影响。

3 结论

(1)在雷电击中杆塔塔顶情况时，木有安装避雷器时，以及接地电阻阻值发生变化，相位角也发生变化时，耐雷水平在134～160kA之间时，发生闪络的可能性每一相均会有。

(2)在A相(边缘相)加装了一支避雷器之后，当接地电阻阻值发生变化，以及相位角变化情况下，耐雷水平可以抬高到186～225kA之间，并可以有效地提高相邻杆塔的耐雷水平。避雷器吸收的能量与能量吸收能力相比是非常小的，可以不用考虑能量耐受的情况。

(3)三相各自安装了避雷器之后，当雷电击中安装避雷器杆塔的塔顶时，一般不会造成绝缘子的闪络，但是当接地电阻的阻值比较大的时候，避雷器吸收的能量也会比较大。

(4)当三相安装了三支避雷器之后，紧邻杆塔的耐雷水平均会有比较大程度的升高。

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