降低配电线路避雷器雷击损坏概率对策研究

罗涛

摘 要：避雷器长期工作于外部恶劣环境当中，承受工频电压、冲击电压、内部受潮、外部污秽等因素作用，极易产生性能劣化或故障。当避雷器承受雷电过电压作用时，氧化锌阀片短时间内承受大量热量，来不及向周围传递，过热点与周围温度梯度在阀片内部产生较大的热应力，导致阀片破裂或损伤积累，最终导致避雷器损坏。鉴于此，本文对降低配电线路避雷器雷击损坏概率对策进行分析，以供参考。

关键词：配电线路;避雷器;雷害;损坏;避雷线

0引言

避雷线的抑制效果随着雷击点距线路的增大而有所增加，随着避雷线高度的增加而降低;避雷线数量的增加能够增大对感应过电压的抑制效果，尤其是在接地电阻较小的区域;避雷线对感应过电压的抑制效果随着避雷线接地间隔的缩短而增大。在线路绝缘子串闪络电压较低情况下可以通过缩短避雷线接地间隔来确保线路不发生两相闪络。

1仿真计算模型

1.1雷电流波形

对于雷电主放电电流波形，IEEE推荐采用Hei-dler函数模型，解析表达式如下：

式中，I0为雷电流幅值;τ1为波形前沿时间常数，τ2为波形延迟时间常数，η为幅值校正因子，n为电流陡度常数。仿真中雷电流波形取2.6/50μs，对应放电通道等值波阻抗根据相关规范选取。

1.2绝缘子串闪络判据

绝缘子串闪络判据采用与单回路运行经验较为符合的规程法，当绝缘子串两端电压超过50%冲击放电电压时，绝缘子串发生闪络。10kV线路缘采用P-15T型针式绝缘子，其50%冲击放电电压为118kV。

1.3损坏概率计算

在一次雷电过电压作用下，避雷器吸收能量Es计算如下：

式中，i（t）为流经避雷器的电流，u（t）为避雷器两端电压。

线路避雷器损坏影响因子较多，筛选出敏感因子，如：雷电流幅值和雷击点方位。将这两个敏感因子作为独立随机变量，将其他因素作为固定参数，采用区间组合统计法计算。将独立随机变量I和d在一定范圍内划分为若干子区间ΔI和Δd，每个子区间用其中值来表示，每个子区间的概率分别记为ΔPI、ΔPd，区间内对应的避雷器发生损坏概率记为ΔF，将所有变量子区间按照排列组合法构成n个复合事件，最后将引起变压器绝缘故障的n个复合事件的概率全部累加起来得到避雷器总体损坏概率为

计算中雷电流的选取范围为1-200kA，以5kA为一个区间。

2仿真结果分析

2.1雷电直击过电压

不同布置方式下，雷电直击线路时三相电压波形见图1。雷击电流幅值30kA，对应的雷电流通道等值波阻抗为800Ω，杆塔工频接地电阻10Ω。

2.2加强绝缘

不同绝缘措施下，不同导线布置方式对应的雷击相间闪络概率。分别考虑采取绝缘导线和裸导线情况，绝缘子串考虑采用P-15和PT-20情况。增大绝缘子串闪络电压对于改善线路相间闪络绝缘情况效果不明显，闪络概率略有增加。导线本身绝缘情况影响更为明显，绝缘导线相间闪络概率远低于裸导线情况，这主要是由于绝缘导线发生相间闪络电压差远高于裸导线。

2.3避雷器设置间隔

雷电流波形波头时间均值越短，导线相间闪络概率越高。主要是波头时间均值越短，出现陡波雷电流概率越高，雷电流高频成分越丰富，导线直击雷过电压越高。

2.4避雷线高度

不同避雷线高度和雷击点距线路距离情况下感应过电压的抑制系数变化也各不相同。感应过电压抑制系数=安装避雷线后感应过电压/未安装避雷线时感应过电压。感应过电压抑制系数随雷击点距线路距离的增大而降低，说明避雷线的抑制效果随雷击点距线路距离的增大变得明显，但变化幅度并不大。此外，避雷线高度越高，抑制系数越大，对感应过电压的抑制效果越差。因为避雷线高度增加导致了避雷线与导线间电磁耦合强度的减弱。避雷线除了降低感应过电压外，还起到防止雷电直击导线的作用，但降低避雷线高度会增大避雷线对线路的保护角，削弱对线路的遮蔽效果。

3结束语

目前，针对线路采用避雷器防护研究较多，集中于线路防雷效果的提升、避雷器布置方式，缺乏对于线路避雷器遭受雷击后能量吸收、损坏概率等方面的详尽分析。现有的避雷器寿命预测计算方法过于简化，未考虑杆塔实际结构特征、接地体冲击特性。因此，需要估算配电线路避雷器雷击损坏概率，提出合理对策延长避雷器运行寿命，降低线路雷电防护成本。

参考文献：

[1]梁挺江，刘致君，焦彦军.单避雷线对10kV配电线路防雷建设的影响[J/OL].电测与仪表：1-6[2020-08-31]

[2]傅景伟，李小平，姚尧，程建翼，杨志淳，柴鹏，石忻，卢泽军.10kV架空配电线路常用防雷措施防雷性能对比研究[J].水电能源科学，2019，37（12）：132-135+139.

[3]张晓东.电力系统中配电线路检修技术的应用探究[J].通信电源技术，2019，36（12）：285-286.