采用带间隙避雷器降低10 kV架空线路跳闸率的应用

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(1.四川泸州川南发电有限责任公司，四川 泸州 646007；2.华润电力(云浮)有限公司，广东 云浮 527322)

0 引 言

四川泸州川南发电有限责任公司(以下简称泸州电厂)江边取水线路采用10 kV架空线路，雷雨季节期间经常发生线路跳闸，影响机组正常运行。为解决该问题，在10 kV架空线路大修期间，将线路氧化锌避雷器更换为带间隙避雷器，改造后10 kV架空线路未发生雷击和避雷器故障引起的线路跳闸事件，架空线路运行可靠性和机组安全性大大提高。

1 改造前线路跳闸情况

1)改造前线路状况

泸州电厂江边取水10 kV线路全长3340 m，导线采用LGJ-120/20型钢芯铝绞线，双回同杆架设，杆塔共22基，其中转角耐张杆16基，直线杆6基。

耐张杆采用复合绝缘子，耐张复合绝缘子串采用单根绝缘子组合成串；直线杆采用复合针式绝缘子；跳线采用复合横担绝缘子，全线杆塔逐基接地，在终端塔和地势较高处的杆塔装设氧化锌避雷器。

2)改造前线路跳闸情况统计

2010年至2013年，泸州电厂江边取水10 kV线路共发生线路跳闸22次，详见表1。

表1 改造前线路跳闸统计

根据跳闸事件统计分析，历次跳闸均发生在打雷过后，但未发生遭受直击雷导致的线路故障；且多次线路永久接地故障均为氧化锌避雷器损坏，需要将避雷器更换，线路绝缘合格后方可送电。

2 架空线路跳闸原因分析

据统计资料表明，雷击跳闸事故是10 kV架空线路常见故障，约80%以上的故障是由于雷击危害引起。而雷害事故中约20%是直击雷，超过50%的直击雷事故中雷电流大于20 kA；约80%是感应雷，超过95%的感应雷电流小于1 kA。运行经验表明，感应雷过电压只对35 kV及以下的线路会造成雷害。

结合历次跳闸事件检查结果进行分析，泸州电厂江边取水架空线路跳闸原因主要是由于感应雷导致。根据线路故障性质，分为永久性接地故障和非永久性接地故障，下面分别对两种不同性质故障跳闸原因进行分析。

1)非永久性接地故障跳闸原因分析

泸州电厂多次发生雷暴天气时10 kV江边取水线路跳闸。待雷暴天气过后，运行人员检测线路绝缘满足规程规定，对线路重新送电。以上故障为非永久性接地故障引起的线路跳闸。

根据感应雷导致线路跳闸原因分析，雷击大地时，在导线上产生的感应雷过电压能达到500 kV以上，远远超过了绝缘子雷电冲击电压耐受值，在绝缘子上发生闪络导致线路跳闸[1]。根据氧化锌避雷器原理，避雷器能够泄放雷电流并且及时关断工频续流，是降低线路雷击跳闸率的有效手段。但是安装避雷器后，雷击闪络会发生在未装设避雷器的杆塔处。如果全线安装线路避雷器能够对10 kV配电线路防雷起到良好的效果。[2]

泸州电厂10 kV江边取水线路并未全线装设避雷器，仅在终端塔和部分地势较高的杆塔装设避雷器。在未装设避雷器的杆塔，可能发生感应雷引起的线路跳闸。

根据以上分析，非永久性接地故障引起的线路跳闸主要是由于感应雷过电压导致，通常发生在未安装避雷器的杆塔处。

2)永久性接地故障跳闸原因分析

雷暴天气时线路跳闸，待雷暴天气过后，运行人员检测线路绝缘为0，需要将故障处理后，线路绝缘才测试合格。以上故障为永久性接地故障引起的线路跳闸。

每次永久性接地故障发生后，检修人员对线路进行巡视，检查发现故障点均为氧化锌避雷器损坏，需要将损坏的避雷器更换，处理过程和时间较长。

氧化锌避雷器损坏的原因主要是由于没有串联间隙，长期承受系统各种电压、电流。电流中的有功分量造成阀片发热，引起伏安特性变化，长期作用的结果会导致阀片老化，甚至热击穿。并且，氧化锌避雷器受到冲击电压的作用，阀片也会在冲击电压能量的作用下发生老化。一旦氧化锌避雷器意外损坏击穿，将会造成系统接地，成为永久性接地故障。

根据以上分析，永久性接地故障主要是由于避雷器故障导致，发生在安装避雷器的杆塔处。

3 10 kV线路防雷方案对比

目前降低雷击跳闸率主要采取全线安装线路避雷器、采用瓷横担绝缘子、架设避雷线、降低接地电阻和安装带间隙避雷器等措施[3]。几种防雷措施技术经济对比详见表2。

表2 防雷措施技术经济对比

考虑到现场实施难度和使用效果，经过综合比较，泸州电厂采取了全线安装带间隙避雷器的治理方案。

4 带间隙避雷器改造实施方案

4.1 带间隙避雷器原理

10 kV线路带间隙避雷器示意见图1。

图1 10 kV线路带间隙避雷器

从图1可以看出，带间隙避雷器主要由引弧金具、氧化锌避雷器本体以及支撑横担构成。其电路原理如图2所示。

注：R1—绝缘导线电阻；C—串联空气间隙； R2—绝缘子电阻；R3—杆塔对地电阻；MOA—带间隙避雷器图2 10 kV线路带间隙避雷器原理

带间隙避雷器能够有效防止绝缘子闪络：当感应过电压作用于导线上时，由于带间隙避雷器加串联空气间隙的击穿电压远低于绝缘子的U50%，过电压击穿与导线的串联空隙间隙使避雷器本体动作，钳住绝缘子两端的电位差，使其低于绝缘子的U50%，从而能够防止绝缘子发生闪络。

根据国家电网公司重点实验室(武汉大学高电压实验室)进行的10 kV线路带间隙避雷器动作特性试验结果，10 kV线路带间隙避雷器能够有效动作，R3阻值的增加不影响带间隙避雷器动作的可靠性[4]。10 kV带间隙避雷器采用自然接地，不需另设地网，主要利用混凝土电阻率随水饱和度增加呈降低趋势，当水饱和度达50%以上时呈指数函数降低[5]，在雷雨天气下，杆塔对地电阻R3下降较大。

由于在导线与引弧金具之间形成串联空气间隙，避雷器平时不受工频电压、操作过电压等的作用，减少避雷器的老化，从而增加氧化锌避雷器的运行寿命。

4.2 架空线路防雷改造实施方案

2013年秋季，泸州电厂结合10 kV架空线路大修，实施了线路防雷改造，利用杆塔自然接地，将已有的氧化锌避雷器更换为带间隙避雷器，未安装避雷器的杆塔加装带间隙避雷器，共安装44组，132只。

线路加装带间隙避雷器如图3所示。

图3 10 kV线路加装带间隙避雷器

4.3 改造后效果分析

改造后的2014年至2017年，江边取水10 kV线路仅2015年发生1次线路跳闸，且原因是由于线路下方竹木长高，安全距离不够引起的线路对地放电，说明进行线路防雷改造后，该线路未发生感应雷和避雷器故障引起的线路跳闸事件，大幅降低线路跳闸概率。

5 结 语

10 kV江边取水架空线路全线装设带间隙避雷器后，有效减少了感应雷和氧化锌避雷器故障引起的线路跳闸，架空线路运行可靠性和机组安全性大大提高。