线路避雷器的缺陷与对策分析

王树军 于长任

【摘  要】避雷器连接在线缆和大地之间，通常与被保护设备并联。避雷器可以有效地保护通信设备，一旦出现不正常电压，避雷器将发生动作，起到保护作用。当通信线缆或设备在正常工作电压下运行时，避雷器不会产生作用，对地面来说视为断路。一旦出现高电压，且危及被保护设备绝缘时，避雷器立即动作，避雷器能够吸收雷电的能量，从而限制电压幅值[1]，保护通信线缆和设备绝缘。当过电压消失后，避雷器迅速恢复原状，使通信线路正常工作。

【关键词】避雷器;断路;保护设备;不正常电压;限制电压幅值;恢复原状

The arrester is connected between the cable and the ground，usually in parallel with the protected equipment.The arrester can effectively protect communication equipment.Once abnormal voltage occurs，the arrester will act and play a protective role.When the communication cable or equipment operates under normal operating voltage，the arrester will not work and is regarded as a circuit breaker for the ground.Once a high voltage occurs and the insulation of the protected equipment is endangered，the arrester acts immediately，directing the high voltage impulse current to the earth，thus limiting the voltage amplitude and protecting the insulation of communication cables and equipment.When the overvoltage disappears，the arrester quickly restores to its original state，which makes the communication line work normally.

Key words：lightning arrester;circuit breaker;protective equipment;abnormal voltage;limiting voltage amplitude;restoring the original state

一、引言

资料统计结果表明，由于雷击引起的输电线路故障在全部线路故障中排列更高[2]，如图1所示。本课题旨在研究改进避雷器设计，增加引线防风振设计，研制一种防风偏避雷器引线，改进连接方式结构设计，研制一种避雷器连接部位固定装置，从而在设计层面解决避雷器风振缺陷问题，为冀北地区输电线路安全运行做出贡献。节省改造成本、减少运维难度，保护电力设备免受雷击跳闸，降低电力系统的运行风险，对冀北地区输电线路的安全稳定运行具有重要的意义。

二、目前避雷器缺陷分析

输电线路避雷器是线路防雷的重要措施，是维持电力系统可靠，持续供电的重要环节[3]，特别是多雷害地区，随着线路逐年增多，线路避雷器安装数量也逐年增多，经运行经验及线路避雷器事故典型案例分析來看，目前避雷器的设计缺陷及安装方式存在一定的隐患，给线路运行安全造成重大威胁，目前，冀北地区已经出现220kV线路由于安装方法及避雷器本体问题造成的线路故障。通过对避雷器故障原因分析及大范围110kV及220kV避雷器本体隐患排查分析，总结主要原因如下：

第一、现有避雷器存在部分设计缺陷：1.缺少引线防风振设计，导致避雷器引线由于风振问题经常损坏断开，造成避雷器部分功能失效，给设备运行造成隐患。2.避雷器本体与间隙绝缘子之间的连接方式结构设计不合理导致本体与间隙之间在风振时无法保证良好连接。

第二、输电线路避雷器厂家众多，产品型式不一，型号众多，避雷器限于杆塔型式的局限性及安装的差异性，各地区、各厂家的避雷器安装方式不统一，缺少统一的安装方式，在实际安装中安装方式随意性较大，安装规范性差，安装质量参差不齐。

第三、不同厂家的线路避雷器各项安全尺寸各式各样，缺少严格统一的安装合格标准，导致安装验收难以分辨是否合格，验收效果不佳。

本课题旨在研究改进避雷器设计，增加引线防风振设计，研制一种防风偏避雷器引线，改进连接方式结构设计，研制一种避雷器连接部位固定装置，从而在设计层面解决避雷器风振缺陷问题;研究避雷器的安装过程，编制一套适应范围广、可操作性强、安装效果安全可靠的避雷器安装安装标准化作业指导书，解决避雷器安装不规范，安装质量差的问题;研究不同避雷器的结构特性及安全尺寸特性，编制一套避雷器安装合格标准及验收规范，从而解决避雷器缺少严格统一的安装合格标准问题。

针对冀北某地区线路避雷器（2010年-2017年）运行情况进行调查统计结果如表1：

三、不同风振情况下的分析和对策实验

针对以上存在的问题，我们进行了严密的实验进行相关的分析论证，增加引线的固定点，研制球头挂环连接装置防脱落卡子，分析避雷器与导线夹角，避雷器与支撑绝缘子夹角，避雷器与支撑绝缘子所在平面与导线夹角之间的关系。通过实验达到减少引线断裂、掌握安全尺寸的范围，制订一套完整的安装标准的目的，从而保证输送线的正常运行，减少安全隐患，减少维护费用。

实验分析

a.避雷器引线由于风振问题经常损坏断开，造成避雷器部分功能失效，给设备运行造成隐患。

改进避雷器引线与避雷器及计数表连接部位的连接方式，从而增加引线连接可靠性;将引线分段用绝缘子进行相关固定，减少引线的长跨度问题，加装结构合理的防振阻尼，从而减少风振能量，保护引线的连接。结合不同阻尼特性的防振阻尼进行实验，得出连接方式及阻尼特性与风振损害的相关关系，从而改进避雷器引线的防风振性能。

b.避雷器和绝缘子串基本装配结构中均具备球头与碗头的配套组装结构，用以完成相关配合件的可靠装配。实际工况中，由于通常输变电设备都会布置于野外，在大风作用下，尤其是风力较大以至于使输变电设备产生结构震动时，极易导致球头与碗头的适配结构产生结构损伤，严重的甚至会直接导致装配结构失效和组件脱落，给相关的输变电线路稳定可靠运行造成不利影响。

研制一种线路金具防脱装置，包括与碗头配合的前置体和后置体。

前置体与后置体间通过紧固件可靠固定并围成可与碗头外周面紧密贴合并套装适配的空腔，通过紧固件将前置体和后置体可靠装配，并使前置体和后置体分别贴合套装于碗头的外部和后部，从而在输变电设备的后续使用过程中能够有效保证碗头和球头的结构可靠性。

避雷器与绝缘子的连接部位在能够保证稳定的同时还应能够自由，为此T型卡子有一为球头活动预留的豁口。保证球头可以在安装时有正常的角度，T型卡子的宽度能够保证高出球头挂环脱出的高度，即起到挡住球头挂环脱落的目的。U型卡子中间有一防止销子脱落的铁块。安装时将销子卡住防止脱落或变形、同时铁堵头具有防止卡子脱落的功能。连接螺栓为带弹簧垫的防松螺栓，螺栓有开口销子的插口。从而有效防止避雷器脱落和绝缘子串掉串等事故发生。

c.测量避雷器安装后对杆塔横担距离，避雷器与导线夹角，避雷器与支撑绝缘子夹角，避雷器与支撑绝缘子所在平面与导线夹角等多组数据，以该数据为依据利用软件建模，模拟不同尺寸下的风振特性，得出能够保证避雷器在长期风振下安全的各个尺寸数据，制订标准化工作流程，能够保证避雷器安装质量的目的。

d.组建研究团队全程跟踪承德地区110kV及220kV技改大修项目的避雷器安装过程，以图象，视频的形式记录避雷器的安装过程及安装工艺，研究不同型号避雷器，在输电线路不同塔形的安装过程，分析不同安装流程与安装效果的关系，保证避雷器安装质量的目的。

四、在冀北工程中的实际应用：

在冀北××线××工程中严格按照避雷器施工标准化作业指导书以及严格把控避雷器与支撑绝缘子所在平面与导线夹角进行安装，并对引线进行多点固定，在带间隙式避雷器和绝缘子串安装球头挂环连接装置防脱落卡子;目前运行稳定，有效防止避雷器脱落和绝缘子串掉串，防止发生引线风振断线导致避雷器失效，防止发生避雷器风偏损坏造成输电设备故障，防止避雷器因安装不合格而导致风偏不稳固的问题，提高了避雷器风振安全稳定性，提高了输电设备的安全稳定性，减少避雷器故障导致的停电，保证输电线路供电安全，具有良好的经济效益和社会效益。

五.创新成果推广方向

创新成果分为四部分，避雷器连接引线成果适用于所有110kV及220kV输电线路避雷器，可推广应用于所有风偏严重地区的输电线路避雷器，同时该引线对避雷器本体、附件及安装不产生影响，便于推广应用与所有避雷器生產厂家及输电线路运维单位。避雷器连接固定装置对避雷器避雷器本体、附件及安装不产生影响，本装置仅需加装与避雷器固定连接部位，同时该固定装置成本低，可靠性高，适应性强，便于推广应用于存在避雷器风振地区已安装避雷器输电线路及新安装避雷器线路。避雷器安装标准化作业指导书能够为避雷器安装提供标准化作业指导，具有适应性强，通用性高，能够推广于避雷器安装施工标准化作业中，规范避雷器安装流程，保证避雷器安装质量。避雷器安装合格标准规范能够为避雷器安装是否合格提供检验依据，推广于避雷器施工安装验收中，保证避雷器安装验收合格，防止避雷器安装不合格导致风偏损坏故障。

结合承德地区避雷器及绝缘子缺陷的特点，制作了新制作的球头挂环连接装置防脱落卡子，实用性强。特别适用于风害较严重的地区，如坝上大风地区，微地形等 特殊区段适用，可有效避免球头挂环与碗头挂板脱落故障。可在所有架空输电线路上应用、适用范围较广。

六、结论

通过在冀北（承德）地区进行不同方式模拟的防风振实验。得出以下结论：

目前研制的球头挂环连接装置防脱落卡子可有效防止避雷器脱落和绝缘子串掉串，且效果良好，可大规模推广。

综合考虑标准的安装流程和安全尺寸的规范化可以保证避雷器的安装效果更好，并对引线防范风振起到一定的作用。可以有效的减少相关故障的出现，减少相关的维修和故障排查的高额费用，避免了相关区域停电造成各工作的暂停，避免了因为紧急停电造成的安全事故的发生。

参考文献：

[1] 魏玉东.35kv输电线路防雷措施的研究[j].科技创新导报  2008，21.

[2] 施容.避雷器改善35kv配电线路耐雷水平的效果分析[j].电网技术  2016，19.

[3] 刘庆荣.输电线路防雷接地措施的重要性及其维护[j].今日科苑  2009，24

（作者单位：国网冀北电力有限公司承德供电公司）