10kV海岛型雷击闪络保护装置应用及关键技术研究

国网浙江省电力公司温州市洞头区供电公司 向 魁 吴隆东 乐雪清 张 颖 杭州顺熙科技有限公司 康子森

洞头地处沿海并存在40%以上的山区半山区地域，很多地带为多雷区、重雷区，进入雷雨季节时，因雷电活动频繁造成10kV架空线路雷击停电事故，架空线路遭雷击跳闸、瓷瓶击穿、断线常有发生，尤其是架空绝缘导线被雷击断线的概率高、故障影响大、修复时间长，是配网运行中较为头痛的问题。

通过组织专业人员对防雷改造范围内线路状况进行仔细排查，对现场线路所经过区域进行详细勘察，并对有关电力设施的接地电阻等参数进行测试，对原线路上避雷器、真空开关等装置设备型号进行核实和确认，收集当地雷电活动数据、线路运行数据和现场第一手资料后，对近年海岛雷击故障的分布、频率、类型、损害程度等进行统计分析，并根据大气雷电活动情况进行参考分析，得出一些较典型雷害特点、原因，制定不同的针对性的差异化措施加以改造，力求不同地形不同措施、不同故障特点不同措施[1]。

1 设计与实现

1.1 设计思路及设计原则

我局基层线路班组对雷击所导致的跳闸或断线问题进行汇总与统计分析，提取典型地形地貌特征、对事故种类与过程进行分析，构建了五种雷击过压类型、四种典型易受雷击的地形地貌特征，并对常见的绝缘耐雷水平进行仿真分析，设计出适应海岛区域配电绝缘子耐雷水平过电压装置。

仿真试验与实践验证相结合的原则。先对线路耐雷水平进行仿真试验，确定现有各类型绝缘子耐雷水平进行实验室仿真，设计出能满足目前绝缘子保护要求的过电压保护装置；经济性与效果并重原则。海岛型闪络保护装置的研制要考虑现有设备的防雷效果、注重经济性与应用价值。

1.2 设计原理

当导线上的过电压幅值超过图1环针间隙动作电压时，环针间隙就会动作，海岛型闪络保护装置的脉冲电容介质容抗很低，将过电压的波头及陡度削平，降低了过电压的瞬间冲击能力及幅值，降低了此幅值过电压就不会对绝缘子造成闪络。钳住了绝缘子的闪络电位，绝缘子不会闪络线路就不会跳闸。海岛型闪络保护装置的设计原理其实也是高电压技术中绝缘配合的原理，其保护装置绝缘水平永远低于绝缘子耐雷水平。

图1 海岛型闪络保护器内置原理图

图2 海岛型闪络保护装置工作原理图

海岛型闪络保护装置工作原理是依靠保护器里脉冲电容介质来钳住绝缘子的闪络电位，也就是靠脉冲电容的高频特性来“削波”钳住绝缘的闪络电位，保护绝缘子不发生闪络。比起避雷器最大的优点是不需接地引下线和接地体，即使损坏也不会影响线路发生接地停电事故。因为新型海岛型闪络保护装置有环针空气间隙与导线隔离，闪络保护本体损坏后会自动与导线分离，有隔离刀闸的明显断开点。

海岛型闪络保护装置是在线路传统防雷设备各种弊端上开发的一种新型防雷装置，其引流线与连接金具支架形成与绝缘子并联关系，而过去氧化锌避雷器在陡波、雷电波、操作波保护裕度技术参数很难达到一致，又因避雷器长期挂网运行期间存在工频续流流入大地，很易引起老化自爆及线路接地故障，当在线路大面积安装避雷器时，若发生避雷器接地故障通常需花大量人力物力进行几小时乃至更长时间查找故障[2]。

海岛型闪络保护装置是我局基层线路班组人员经大量雷击仿真试验和现场架空线路遭受雷击的机理、架空裸导线或绝缘线路雷击后断线、线路故障跳闸分析而设计的。若架空线路无过电压时雷击闪络保护上端球隙与导线就会进行隔离，没有工频续流流过保护器本体，使保护器本体寿命长，即使保护器本体损坏也不会引起线路接地故障，因球隙与线路有外绝缘隔离、平时不参与架空线路运行。若架空线路的雷击过电压峰值达到球隙阈值电压时，海岛型闪络保护装置内的球隙开始放电，引起海岛型闪络保护装置本体迅速动作，其保护装置动作后将会使架空线路过电压钳到绝缘子不闪络的电压区间范围，此时新型海岛型雷击闪络保护装置的放电线圈将迫使当前雷电波头电荷短路放电，当架空线路过电压消失后，海岛型闪络保护装置的外球间隙会恢复到原来状态，此时配电网系统会呈现正常运行状态。

1.3 主要研究课题

海岛10kV架空线路全线走廊雷电特性规律研究：基于雷电信息后台监管系统和计数器，以网格化的形式对10kV架空线路走廊路径进行远程监测，提出可行性优化设计方案；配电网综合防雷措施分析及仿真理论计算研究：海岛型雷击闪络保护装置的保护范围理论研判，海岛型雷击闪络保护装置保护范围及效果的仿真研究[3]；海岛型雷击闪络保护装置数据测试分析系统研究：通过雷电信息后台监管系统和计数器可监测数据功能，收集分析近年海岛区域雷击故障的分布、频率、类型、损害程度等规律，结合我局架空线路雷害特点制定不同针对性的差异化防雷方案；海岛型雷击闪络保护装置性能参数研究；特殊并联过电压保护装置研究。

2 关键技术

新型10kV海岛型雷击闪络保护装置采用独特的纯空气放电间隙设计原理，其放电残压远小于绝缘的闪络电压；采用球间隙构成的外绝缘隔离结构设计，保护装置本体在没有雷电流的情况下可不承受系统电压，从而延长保护装置本体的使用寿命；采用环针间隙和球间隙放电复合设计，放电分算性能非常好，且放电间隙可根据架空线路及地理位置、海拔高度进行绝缘配合调节；新型海岛型保护装置通过电容吸收及拉低雷电波头，通过内置放电线圈放电，闪络保护装置末端金具做好等电位连接，现场安装可不做接地装置和接地引下线；海岛型保护装置采用新型内置设计原理，通过脉冲电容的高频特性来“削波”钳住绝缘的闪络电位，保护绝缘子不发生闪络[4]。

3 结语

10kV海岛型闪络保护装置上端球隙与导线进行隔离，正常运行时没有泄漏电流流过保护器本体，使保护器本体寿命延长；由于海岛型闪络保护装置内球隙的隔离，架空线路因雷击导致接地故障的概率极低，即便雷击时架空线路过电压峰值达到球隙阈值电压时，海岛型闪络保护装置内的球隙就会开始放电，闪络保护装置将会迅速动作，海岛型雷击保护装置本体的脉冲电容对此时雷电波头进行削波，降低雷电幅值，钳住绝缘子的闪络电位，当架空线路过电压消失后，海岛型闪络保护装置的外球间隙会恢复到原来状态，系统呈现正常运行状态。因此新型海岛型闪络保护装置可广泛应用于绝缘导线、裸导线上的防雷工作中。