避雷器在输电线路防雷中的应用探析

2018-02-06林志明

机电信息 2018年3期

林志明

（广东电网有限责任公司江门供电局，广东江门529000）

0 引言

避雷器是一种过电压限制装置，早期主要用来限制由线路传入的雷电过电压幅值，后来发展到用来限制操作过电压。避雷器同时能截断续流，避免接地短路。避雷器在正常电压下不动作，只有遭受雷击或者操作过电压，电压值达到动作电压规定值时，避雷器导通通过大电流，释放电压能量，从而限制过电压，达到保护设备的目的。避雷器一般接于带电导线，和保护电力设备并联。

1 避雷器的工作原理及类型

从发展历程上来看，电力系统中采用过的避雷器有氧化铝避雷器、非线性电阻型避雷器、磁吹阀式避雷器和氧化锌避雷器。氧化锌避雷器是目前国际上理想的过电压保护器，相比传统的碳化硅避雷器，其电阻片的伏安特性得到很大的改善，通流能力也大大提升，可以做成无间隙避雷器，因此带来了电气结构特点的根本变化。

目前，线路避雷器多为氧化锌避雷器。其工作原理为：线路避雷器并联连接在线路绝缘子的两端，避雷器本身由数个氧化锌压敏电阻（俗称阀片）串联而成，阀片是线路避雷器工作的关键。每一块压敏电阻从制成时就有一定的开关电压（叫压敏电压），在正常的工作电压下（即小于压敏电压）压敏电阻值很大，相当于绝缘状态；但在冲击电压作用下（大于压敏电压），压敏电阻呈低值被击穿，相当于短路状态。然而压敏电阻被击穿状态是可以恢复的，当高于压敏电压的电压撤销后，它又能恢复高阻状态。当输电线路遭受雷击时，雷电波的高电压使压敏电阻击穿，避雷器的放电电压或残压低于线路绝缘子的放电电压，避雷器将先于绝缘子放电，雷电流通过压敏电阻流入大地，限制了线路上的雷电过电压，从而绝缘子不放电，达到了防止线路雷击跳闸的目的。

从结构上来分，如图1所示，线路避雷器分为无间隙避雷器和带串联间隙避雷器两种。无间隙避雷器主要用于限制雷电过电压及操作过电压；带串联间隙避雷器又分绝缘子间隙和纯空气间隙两种，主要用于限制雷电过电压或部分操作过电压。

（1）无间隙线路避雷器：结构比较简单，保护性能较好，分散性小，动作很灵敏；但由于电阻片运行荷电率高，容易老化；且避雷器一旦故障则立马引起跳闸；维护工作量不小，需每年进行预防性试验。适用范围：适用于线路及变电站内和附近设备的操作过电压和雷电过电压。

（2）带间隙线路避雷器：对绝缘子串雷击闪络具有良好的保护性能；放电电压分散；电阻片运行荷电率很低，不容易老化；有间隙隔离，在避雷器故障时，间隙可承受运行电压；维护工作量很小，但需安装设计。适用范围：一般用于架空线路的防雷，可显著减少雷害事故及雷击跳闸率。

1）纯空气间隙避雷器：间隙距离安装精度低，受风偏等因素影响；安装要求较高，只允许正挂、倒立，不允许斜挂和水平悬挂，适用范围较窄；不存在间隙故障的问题。适用范围：仅适用于直线塔塔型。

2）绝缘子间隙避雷器：间隙距离稳定，精度高，不受风偏等因素影响；安装方便，可以正挂、倒挂、侧挂、斜挂和水平悬挂，适用范围较宽；间隙支撑绝缘子长期承受运行相电压。适用范围：适用于直线塔、耐张塔、转角塔等多种塔型。

图1 避雷器的类型

2 避雷器的应用

2.1 避雷器的类型选择

输电线路应选用金属氧化锌避雷器（带有外部串联间隙结构），本体则可采用复合外套绝缘。500 kV输电线路宜选用带空气间隙结构的金属氧化物避雷器，220 kV及以下线路可选用带空气间隙或绝缘子支撑间隙结构的金属氧化物避雷器。

2.2 避雷器的选点

由于线路避雷器的保护是有限的，一只避雷器只能保护一串绝缘子或一基塔，这与雷电过电压性质和雷电流强度有关。但无论是雷击档距中央或雷击塔顶，还是反击和绕击，避雷器的保护对于被保护串而言都是贴身有效的。由于线路避雷器的保护范围只有基本相，所以在考虑经济技术性的情况下，要根据线路的参数、微地形、微气象、历史跳闸情况、雷电流活动情况统筹分析，合理选择安装点。

2.3 避雷器安装杆的选取

（1）地闪密度达到D3及以上的地域，地面倾角超过15°且杆塔高度超过50 m的杆塔选择安装避雷器。

（2）地闪密度达到D3级及以上的地域，通过改造难以满足接地电阻要求的杆塔可选择安装避雷器。

（3）历史跳闸杆塔及前后一基杆塔可考虑安装避雷器。

（4）对可能造成直流线路换相失败的交流线路易击段可安装避雷器。

2.4 避雷器安装相别的选择

（1）对单回输电线路一般档距杆塔（档距小于1 000 m）在其两边相各安装一支避雷器，对大跨越杆塔（档距大于1 000 m）建议三相均安装避雷器。

（2）同塔双回线路：

1）安装一支避雷器：对同塔双回线路的每基杆塔，若只能安装一支避雷器，建议安装在上相，以此提高线路反击耐雷水平；为提高线路绕击耐雷水平，建议安装在保护角相对较大的一相（对伞形双回路杆塔安装在下相，对鼓型双回路杆塔安装在中相）；若线路处于边坡位置，建议避雷器安装在边坡外侧的一回上。

2）安装两支避雷器：如果在同塔双回线路的每基杆塔上安装两支避雷器，为提高线路反击耐雷水平，建议安装在两回的上相；为提高线路绕击耐雷水平，建议在两回路中保护角相对较大的一相上各安装一支（对伞形双回路杆塔安装在两个下相，对鼓型双回路杆塔安装在两个中相）；为防止同跳，建议两支避雷器安装在边坡外侧的同一回路上、中两相。

3）安装三支避雷器：在安装两支避雷器的基础上，为提高线路反击耐雷水平，建议将第三支避雷器安装在边坡外侧一回的中相；为提高线路绕击耐雷水平，建议将第三支避雷器安装在边坡外侧一回中保护角相对较大的一相（对伞形双回路杆塔第三支避雷器安装在边坡外侧一回中相，对鼓型双回路杆塔第三支避雷器安装在边坡外侧一回上相）；为防止同跳，建议三支避雷器安装在边坡外侧的同一回路上、中、下三相。

4）安装四支避雷器：如果在同塔双回线路的每基杆塔上安装四支避雷器，为提高线路反击耐雷水平，建议安装在两回的上、中相；为提高线路绕击耐雷水平，建议在两回路中保护角相对较大的两相上各安装两支（对伞形双回路杆塔安装在中、下相，对鼓型双回路杆塔安装在上、中相）；为防止同跳，建议将三支避雷器安装在边坡外侧的同一回路上、中、下三相，第四支避雷器安装在另一回的上相。

5）一般情况下不会安装超过5支或更多的避雷器，原则上不超过4支，一般都是2～3支便可。

（3）同塔四回线路：同塔四回输电线路每基杆塔原则上只安装3～9支避雷器。如果线路的位置位于边坡，一般在边坡外侧的一回上安装避雷器。