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1、输电线路防雷改进措施的研究摘要： 通过在华北电网雷电活动频繁地区的寿遵 110 kV 线路上采用合成绝缘外套金属氧化物避雷器改进防雷措施的 研究 ，经过试验和实际运行，证明此改进是成功、 经济 和有效的，雷击跳闸次数由 1996 年的 7 次，降为1997 年的 1 次，1998 年的 0 次。关键词： 输电线路 防雷 接地 改进措施电网中的事故以输电线路的故障占大部分，输电线路的故障又以雷击跳闸占的比重较大，尤其是在山区的输电线路中，线路故障基本上是由于雷击跳闸引起的，据运行记录，架空输电线路的供电故障一半是雷电引起的，所以防止雷击跳闸可大大降低输电线路的故障，进而降低电网中事故的发生频率。
2、经多年摸索，我国的输电线路防雷基本形成了一系列行之有效的常规防雷 方法 ，如降低接地电阻、架设避雷线、安装自动重合闸等，但是对于一些山区线路，雷害十分频繁，降低接地电阻又极其困难，而且费用高、工作量大，效果也受到一定的限制。由于近些年 110 kV 及以上电压等级的合成绝缘外套金属氧化物避雷器的研制成功，为解决线路的防雷提供了一种新的手段。华北电网内雷电活动频繁的两个地区之一的承德供电局内一条 110 kV 输电线路寿遵 110 kV 线路，该线路经过高山大岭的一段杆塔，在雷雨季节经常遭受雷击，造成线路跳闸，为了解决这个 问题 ，在该线路 129 号167 号杆塔上共安装了 20 只合成绝缘外
3、套金属氧化物避雷器，经过一年多的运行实践和一系列的带电监测研究，证明这种改进的防雷措施对于山区线路的防雷是经济、有效的。1线路的基本情况及改造情况寿遵线路的基本情况承德地区位于燕山山脉深处，高山大岭约占 40%，雷电活动非常频繁，年雷电日在 40 日以上，每年由于雷击而引起的故障占全年运行故障的 60%左右。寿遵 110 kV 线路全长 km，导线均无换位，平地占 %，一般山地占%，高山大岭占%。寿遵线是承德地区与电网的联络线，位置重要，该线路又是承德地区雷击事故较多的线路之一，由于这些杆有近一半在山顶上，所以雷击点的查找以及瓷瓶串的更换极其困难，工作量很大。据资料介绍，雷击是有选择性的。22
4、0 kV 新( 安江)杭(州) 一回全长，于 1960 年 9 月 28 日投运，自 1962 年起在线路上安装了大量的磁钢棒进行测量记录，通过 1962 年至1988 年的雷电流幅值记录和 1961 年至 1994 年的线路雷击跳闸率 分析 指出，雷击是有选择性的，线路全长一半左右无雷击记录，多雷区和易击点约占全线的三分之一，加强多雷区和易击点的防雷措施能显著降低雷击跳闸率。所以我们决定在寿遵线 129 号167 号杆上安装避雷器，以降低该线路的雷击跳闸率。寿遵线路 129167 号杆的改进情况 接地的改善129 号167 号杆中接地电阻值高的杆塔共有 11 基：129、133、134、13
5、8、139、145、154、158、162、165、167 号，见表 1。此段杆塔高山大岭占 42%，一般山地占 49%，平地占 9%；我们对该段的接地进行了改善，重新埋设了接地引下线，对于接地土壤不好的采取了换土措施，较严重的采取了埋设连续伸长接地体的措施，工程实施后输电杆塔的接地电阻有了明显的降低，如表 2 所示表 111 基杆塔接地电阻值高的情况杆塔号地 形地 质接地型式工频电阻设计值实测值129山顶岩石J2020100133山腰风化岩J202081134山顶岩石甲 32038138山顶风化岩J202055139山腰岩石J202037145半山腰风化岩甲 320101154半山腰风化岩甲
6、 22041158半山腰风化岩甲 32058162山顶岩石J202062165山顶岩石J2020108167山顶风化岩甲 31535表 211 基杆塔改造前后接地电阻值的比较 杆塔号实施前实施后1996-05实测1997-01实测1997-03实测1997-05实测12910011171513381134381385598139371222161451011926201544117221585810181626250165108152210167352014外绝缘的改善对于这一段线路中所有的零值瓷瓶进行了更换，并且对所有的直线杆塔(保证对地距离足够的条件下)每相增加一片绝缘子，改为采用 8 片
7、 XP-7 绝缘子。实施后的绝缘子爬电距离(下称爬距)、泄漏比距( 下称泄比)与实施前的对照表参见表 3，从表中可以明显看到线路的绝缘水平有较大幅度的提高。表 3改造前后爬距、泄比对照表杆塔号实施前实施后零值绝缘子片数/片爬 距cm泄 比cm*kV-1爬 距cm泄 比cm*kV-1实施前实施后129174023201013017402320101331740232010134203023200013717402320101382030232000139203023200014214502320201451740232000154174023201015514502320201582030232
8、000162203023200016417402320101651450232020 避雷器的选择及参数的确定.1避雷器的选择.选择复合绝缘外套氧化锌避雷器由于常用的避雷器是瓷外套，比较重，安装不便，使用在线路上有一定的局限性，而且如果发生爆炸，它的碎片将危及临近绝缘子的运行安全，所以必须选择一种比较适合于线路上使用的避雷器。随着国内硅橡胶技术的 发展 ，近些年研制成功的复合绝缘外套氧化锌避雷器就是一种适合悬挂于线路杆塔上的避雷器，与传统的瓷外套避雷器相比，它除去了笨重的外套，改用新型硅橡胶复合有机外套，因而它具有重量轻等优点，甚至在复合外套避雷器损坏时能允许线路继续运行，而其电气特性、保护特
9、性方面大体与瓷外套避雷器相当。国际上，美国、日本、俄罗斯等国已大量使用复合外套氧化锌避雷器，在美国的公路上随处可见运行中的配电变压器都带有复合外套氧化锌避雷器，据统计美国己有上千万只复合外套氧化锌避雷器在电网中使用，日本也有百万只复合外套氧化锌避雷器在电网中使用。随着我国硅橡胶技术的发展，我国也相继研制成功了 110 kV、220 kV的复合外套氧化锌避雷器，表 4 是北京某公司研制的 110 kV 复合外套氧化锌避雷器的电气特性。表 4110 kV 复合外套氧化锌避雷器电气特性 kV项目电压值系统电压110额定电压100持续运行电压73标称放电电流10陡波冲击电流下残压291雷电冲击电流下残
10、压260操作冲击电流下残压221直流 1 mA 电压145 .选择外部带间隙的复合绝缘外套氧化锌避雷器悬挂在线路铁塔上的复合绝缘外套氧化锌避雷器有两种：一种是外部带间隙的复合绝缘外套氧化锌避雷器(简称 GMOA)；另一种是外部不串间隙的复合绝缘外套氧化锌避雷器(WGMOA)。 GMOA 的外串间隙在线路正常运行时能够隔离电网运行电压，保持 MOA 不承受电压，所以避雷器的额电压可以选得较低，而且在 MOA 故障损坏时允许线路继续运行，但是这种避雷器的保护特性较差，放电特性主要由间隙决定，其冲击放电电压比避雷器的残压要高得多。图 5 给出了北京某公司研制的 110 kV 等级带串联外间隙的避雷器
11、的外间隙冲击放电电压的试验结果。当WGMOA 悬挂在线路上运行时，其运行状况可随时得到监视，且安装方便，保护特性相对来说较好，仅决定于避雷器的残压。两种避雷器使用时各有优缺点，为了安装方便、获得好的保护效果，并便于监视避雷器的运行状况，我们决定选择使用外部不串间隙的复合绝缘外套氧化锌避雷器。表 5110 kV 带串联间隙的氧化锌避雷器的间隙特性项目间隙距离mm正极性负极性U50kVS %U50kVS %避雷器600477517串联650516548外间隙700542614.2避雷器参数的选择由于选择使用 WGMOA，避雷器长期运行在相电压下，且线路运行条件比变电站内的运行条件苛刻，为了避雷器运
12、行的可靠性，将 110 kV 复合绝缘外套氧化锌避雷器的额定电压由 100 kV 提高到 120 kV，持续运行电压由 7kV提高到 90 kV，直流 1 mA 电压提高到 170 kV，考虑到避雷器遭直击雷的几率大，因而避雷器的大电流耐受水平由6kA 提高到 100 kA，具体参数见表 6。表 6WGMOA 的参数系统电压kV额定电压kV持续运行电压/kVU1 mA/kVU10 kA/kVU20 kA/kVIms/A大电流耐受水平/kA11012090170308345600100 另外由于避雷器长期悬挂于线路上并承受相电压的作用，我们在避雷器的型式试验中增加了在避雷器施加拉力试验过程中的局
13、放试验，试验时取 110 kV 避雷器一支，轴向施加静态机械负荷，施加拉力分别为 500 kg,750 kg,在此负荷状态下施加倍 Uc，测量避雷器的局部放电，试验的结果见表 7。 表 7局部放电试验结果轴向拉力/0500750局部放电/pC454545试验结果表明，当轴向机械负荷加到额定破坏负荷时，局部放电没有变化，所以其机电性能是稳定的，达到了设计要求。3避雷器的安装情况.1避雷器的交接试验为了在安装前了解避雷器的性能，1996 年 10 月2931 日在华北电力 科学 研究 院沙河高压试验大厅对北京中能瑞斯特公司的 17 只复合绝缘外套氧化锌避雷器进行了交接试验，试验项目包括避雷器的绝缘
14、电阻测试、直流试验(直流 1 mA 电压的测量、75%直流 1 mA 电压下泄漏电流的测量)、交流试验等，试验结果合格。.2避雷器安装位置的确定经过考虑研究，决定在直线绝缘子串和耐张绝缘子串上安装避雷器的方式，安装的具体位置见图。考虑到在直线杆塔(垂直绝缘子串)上避雷器安装位置紧临绝缘子串，此时绝缘子串上的电压分布是否会 影响 避雷器的电位分布，继而影响避雷器的泄漏电流，从而加速避雷器的劣化过程，缩短避雷器的使用寿命，为此在沙河试验大厅进行了模拟试验，试验的结果显示，避雷器的这种安装位置对于避雷器的使用寿命影响很小，也基本不会影响带电试验的试验结果。考虑到杆塔的海拔高度、地形地貌以及避雷器的保
15、护范围，并且考虑到水平排列的三相的中间相(B 相)基本上不会遭受直击雷，而三角形排列的顶相由于易遭雷击而需安装避雷器(如 130 号杆)等原则，在杆塔上装设了复合绝缘外套氧化锌避雷器，具体安装情况见表 8。图 安装具体位置表 8氧化锌避雷器具体安装情况杆塔号130132138140145151154157162166安装相别BCA、CA、CA、CA、CA、CAA、CA、C避雷器的运行状况及 分析 .1避雷器带电试验17 只避雷器在进行了交接试验后，1996 年 12 月在寿遵线上安装，并于 1996 年 12 月进行了第一次带电测试，以积累避雷器带电试验的初始数据；然后在雷雨季开始后每个月进行了带电测试。从带电测试的结果看，避雷器运行正常。为了检验避雷器的性能，在雷雨季节过后，随机抽取了两只避雷器，然后带电拆下进行了试验，试验结果合格，也就是说避雷器在经过一个雷雨季节的运行后，性能良好。避雷器动作情况截止 1998 年 6 月，避雷器总共动作了 5 次，其中1997 年的雷雨季节期间动作了 2 次，都在 140 号杆塔的 A相，1998 年避雷器动作了 3 次，138 号杆塔 A 相、140 号杆塔 A 相，145 号杆塔各一次。138 号杆标高约，与 139 号杆档距达 59m，易遭雷击，140 号杆标高达，是这一段杆塔中海拔高度较高的杆塔，该号塔
