輸配電及用電工程專業(yè)技術(shù)報(bào)告

輸配電及用電工程專業(yè)技術(shù)報(bào)告線路型金屬氧化物避雷器在10kV線路上的應(yīng)用與成效鑒定：

（技術(shù)負(fù)責(zé)人，高級(jí)工程師）審查：

（設(shè)計(jì)室主任，工程師）編制：

（設(shè)計(jì)室科員，助理工程師）安達(dá)供電有限責(zé)任企業(yè)2016年

11月一、問(wèn)題的提出高壓輸電線路故障跳閘的一個(gè)重要原由是雷擊故障。安達(dá)電網(wǎng)1998～2001年10kV及以上線路故障跳閘統(tǒng)計(jì)表示，雷擊故障跳閘達(dá)到了50％～60％。減少送電線路的雷擊故障跳閘已成為送電線路安全運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)突出問(wèn)題，是技術(shù)部門(mén)一項(xiàng)十分重要的任務(wù)。剖析1997年來(lái)的安達(dá)電網(wǎng)雷擊跳閘記錄，發(fā)現(xiàn)雷擊跳閘率最高的是10kV安慶線和安-學(xué)線，僅1998、1999兩年跳閘就達(dá)14次，此中安-慶線8次，安-學(xué)線6次，占同期整個(gè)安達(dá)電網(wǎng)10kV及以上送電線路雷擊跳閘的43．8％，對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)造成了嚴(yán)重影響。怎樣減少這兩條線路的雷擊跳閘，成為一個(gè)焦點(diǎn)問(wèn)題。10kV安學(xué)線長(zhǎng)30．3km，拉線塔和自立塔混淆使用，共89基，此中70％為山地，全線采納雙避雷線，直線塔采納XSH－10／70型合成絕緣子，耐張塔8片XWP2－7防污絕緣子。10kV安慶線長(zhǎng)52．2km，拉線塔和自立塔混淆使用，共156基，85％為山地，全線采納雙避雷線，直線塔采納7片XWP－7、XWP－10和8片LXP－7絕緣子，耐張塔8～9片LXP－7，8片XWP－7和9片XWP－10絕緣子。安學(xué)線和安慶線均處于安達(dá)縣東南片的丘陵山地，屬Ⅱ－Ⅲ級(jí)污穢區(qū)。兩線路投運(yùn)以來(lái)，因?yàn)槁窂降匦蔚孛埠彤?dāng)?shù)貧庀髼l件較為惡劣，雷擊故障向來(lái)來(lái)許多。為降低線路雷擊跳閘率，在1998年前已經(jīng)采納了降低接地電阻，安裝防雷多針系統(tǒng)等舉措。從兩線路的接地電阻測(cè)試狀況看，除個(gè)別桿塔外均切合設(shè)計(jì)和規(guī)程要求，但雷擊故障仍舊頻發(fā)，裝有多針裝置的桿塔仍遭雷擊。所以，借鑒省內(nèi)外同行部門(mén)的成功經(jīng)驗(yàn)，考慮在這兩條高雷擊跳閘率的10kV路線上應(yīng)用線路型金屬氧化物避雷器（ZnO）作為線路的防雷舉措。二、線路型避雷器的基來(lái)源理、產(chǎn)品種類及應(yīng)用狀況1、基來(lái)源理用于送電線路防雷的避雷器并聯(lián)于線路絕緣子串旁，經(jīng)過(guò)保護(hù)絕緣子串，提升線路的耐雷水平，降低雷擊跳閘率，達(dá)到防雷目的。線路型避雷器分為帶串連空隙和無(wú)串連空隙兩種構(gòu)造種類。帶串連空隙型避雷器與導(dǎo)線經(jīng)過(guò)空氣空隙來(lái)連結(jié)，空隙擊穿電壓低于絕緣子串的閃絡(luò)電壓，正常時(shí)避雷器處于“歇息”狀態(tài)，不承受工頻電壓的作用，只在必定幅值的雷電過(guò)電壓作用下串連空隙動(dòng)作后避雷器本體才處于工作狀態(tài)，所以擁有電阻片的荷電率較高，雷電沖擊殘壓降低，靠譜性較高，運(yùn)轉(zhuǎn)壽命較長(zhǎng)等特色。無(wú)串連空隙型避雷器直接與導(dǎo)線連結(jié)，利用避雷器電阻的非線性特征保護(hù)絕緣子串，與帶串連空隙型對(duì)比擁有汲取沖擊能量靠譜，無(wú)放電延時(shí)的長(zhǎng)處。同時(shí)，為防備避雷器自己故障時(shí)影響線路正常運(yùn)轉(zhuǎn)，無(wú)空隙避雷器一般裝有故障零落裝置。2、產(chǎn)品種類一般ZnO避雷器的典型構(gòu)造有兩種：一為支柱式，另一為GIS型(罐式構(gòu)造)。支柱式ZnO避雷器可獨(dú)自裝設(shè)使用，而罐式構(gòu)造裝于GIS內(nèi)。支柱式的外殼經(jīng)歷了瓷絕緣——EPDM(三元乙丙膠)——硅橡膠。罐式尺寸的減罕有助于減小GIS。支柱式ZnO避雷器自從80年月末和90年月初以來(lái)，ZnO避雷器的使用和被用戶廣泛認(rèn)同，大大減少了電力系統(tǒng)的保護(hù)問(wèn)題。在早期的構(gòu)造中，ZnO元件裝在瓷套內(nèi)，并且端部封裝一膠要用O型密封圈加以密封。跟著時(shí)間的推移，特別在惡劣的環(huán)境中，密封圈簡(jiǎn)單劣化而讓潮氣侵入。80年月，聚合物殼體避雷器問(wèn)世，英國(guó)BowthorpeEMP企業(yè)制造出一整個(gè)系列聚合物殼體避雷器，電壓直到400kV。在設(shè)計(jì)時(shí)，ZnO元件柱的表面被玻纖加強(qiáng)的樹(shù)脂平均地包封。這類構(gòu)造無(wú)氣孔，機(jī)械強(qiáng)度高，而且在ZnO柱的表面形成平均的介電強(qiáng)度。這類殼體的資料為EPDM(三元乙丙膠)。它抗電痕，特別合用于污穢地域。繼EPDM聚合物以后，出現(xiàn)了硅像膠殼體，硅橡膠殼體對(duì)比EPDM殼體，擁有顯然的優(yōu)勢(shì)，這特別表此刻：①硅橡膠的主化學(xué)鍵上不含碳氮化合物，使之擁有高度抗表面污染力和防備碳化泄露通道時(shí)的形成；②硅原上了附著很多CH3使之擁有疏水性，若表面堆積污穢層，硅能將它的疏水性轉(zhuǎn)移到附著膜上，這就是說(shuō)，低分子量的硅油能夠從本體轉(zhuǎn)移到表面，這就叫低濃度硅遷徙；③硅橡膠中硅氧鍵是一個(gè)很強(qiáng)的化學(xué)鍵，因之硅像股能受環(huán)境的影響諸如臭氧、紫外線輻射或溫度極端顛簸。④硅橡膠外殼在內(nèi)部出現(xiàn)過(guò)壓力時(shí)，它不會(huì)像瓷那樣爆炸，并有碎片飛出，危及人身及設(shè)施安全，硅橡膠僅形成小洞，將壓力排出。⑤硅像膠運(yùn)輸方便，安裝簡(jiǎn)單。硅橡膠對(duì)比瓷絕緣減少重量約50％，減小長(zhǎng)度25％。因?yàn)楣柘鹉z擁有以上優(yōu)秀性能，愈來(lái)愈多的制造企業(yè)在避雷器上用硅橡膠代替瓷絕緣。如ABB企業(yè)當(dāng)前供給的中壓避雷器，80％為硅橡膠避雷器。罐式新式避雷器將避雷器作成罐式構(gòu)造，寬泛地用于SF6關(guān)閉式組合電器(GIS)中。高電位梯度ZnO元件的使用，大大降低了避雷器的高度。一般ZnO元件避雷器高度為470mm，而高電位梯度ZnO元件避雷器高度僅為250mm。其高度約為一般式的一半，這有助于減小GIS的尺寸。采納高電位梯度ZnO元件，可使避雷器呈單柱式，而不需要柱間引線。這就減小了罐式避雷器的內(nèi)部電感。高電位梯度ZnO元件的單個(gè)通信能力亦好于一般的ZnO元件。3、應(yīng)用狀況外國(guó)如美國(guó)和日本從20世紀(jì)80年月開(kāi)始將避雷器應(yīng)用于送電線路上，獲得優(yōu)秀成效。我國(guó)從90年月中后期開(kāi)始在送電線路使用避雷器來(lái)提升耐雷水平，降低線路雷擊跳閘率，如廣東、四川等地的高壓線路應(yīng)用避雷器都獲得較為理想的成效。理論和工程實(shí)驗(yàn)都表示安裝線路避雷器作為送電線路的防雷舉措是可行并且是有效的，但我縣此前還沒(méi)有10kV送電線路上應(yīng)用線路型避雷器方面的運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)。兩種型號(hào)的線路型ZnO避雷器在伏－安特征、暫態(tài)電壓承受能力、耐污能力以及密封性能方面，能知足10kV線路的運(yùn)轉(zhuǎn)和防雷要求。并且，無(wú)空隙型避雷器的離開(kāi)裝置其工頻故障電流下的動(dòng)作特征、耐受電流沖擊和動(dòng)作負(fù)載不動(dòng)作能力均較好，能保證避雷器故障時(shí)不影響線路的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)免保護(hù)。避雷器安裝地址的選擇，主要針對(duì)易雷擊桿塔和區(qū)段。剖析兩條線路最近幾年來(lái)查到的雷擊故障點(diǎn)散布，發(fā)現(xiàn)雷擊桿塔主假如兩個(gè)地區(qū)。安學(xué)線集中在83～85號(hào)塔之間，故障點(diǎn)主要在左側(cè)相和中相，位于相鄰的85號(hào)塔左相和中相也各有3次故障閃絡(luò)。安慶線故障點(diǎn)散布相對(duì)較廣，但7～21號(hào)塔區(qū)段故障占了一半以上，故障點(diǎn)主要在兩邊相絕緣子，中相絕緣子閃絡(luò)較少，該易擊地區(qū)的地形地貌特色為連續(xù)超越多個(gè)山岳，超越較大，最大一檔達(dá)879m。為此，將此兩個(gè)易雷擊的區(qū)段作為線路避雷器的安裝地段，并按故障點(diǎn)狀況確立安裝避雷器的桿塔。安學(xué)線除83～85號(hào)塔外，相鄰的82、86號(hào)塔耐雷水平也較低（見(jiàn)表3），所以82、86號(hào)塔也考慮在兩邊相安裝避雷器。安-慶線因?yàn)橐讚舳畏秶^大，故考慮故障的7、8、11、12、15、20、21號(hào)等7基桿塔安裝避雷器，同時(shí)對(duì)位于巔峰雙側(cè)山腰，從地形地貌剖析易遭雷擊的13、17號(hào)塔也予加裝，兩線路共確定14基桿塔安裝線路避雷器?？紤]到安裝花費(fèi)及線路中相負(fù)角保護(hù)的特色，一般只在每基桿塔的兩邊相安裝避雷器，聯(lián)合雷擊故障相別狀況，安-學(xué)線83～85號(hào)以及安慶線8號(hào)地貌有可［1］能為繞擊雷，為防繞擊在上述4基桿塔上每相均安裝避雷器。為累積運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)，視安裝地址桿塔構(gòu)造，分別使用帶空隙和帶離開(kāi)裝置的無(wú)空隙避雷器。實(shí)質(zhì)安裝時(shí)安學(xué)線以帶空隙型避雷器為主，安慶線以無(wú)空隙型避雷器為主，共安裝線路ZnO避雷器32支，此中帶空隙12相、無(wú)空隙20相。線路避雷器的安裝地址和種類見(jiàn)表2，安裝分裝用支架將避雷器外挑，帶串連空隙型用支架將避雷器外挑并吊高后與絕緣子串并接。對(duì)桿塔的中相，直接用支架將避雷器固定在導(dǎo)線與桿塔之間，對(duì)耐張塔邊相，采納將避雷器固定于橫梁與跳線間方法。此外，線路避雷器的安裝應(yīng)充分考慮風(fēng)速的影響，對(duì)支架構(gòu)造按線路設(shè)計(jì)要求進(jìn)行相應(yīng)校核。四、線路避雷器運(yùn)轉(zhuǎn)狀況及成效線路型ZnO避雷器自2000年6月起分批投入運(yùn)轉(zhuǎn)，從投入運(yùn)轉(zhuǎn)以來(lái)的狀況看，運(yùn)轉(zhuǎn)狀況優(yōu)秀，避雷器動(dòng)作記錄累計(jì)已達(dá)39次，防雷成效較為理想。安裝線路避雷器以來(lái)，10kV安學(xué)線未發(fā)生雷擊跳閘，線路避雷器已記錄動(dòng)作20次。10kV安慶線只在2001年7月21日發(fā)生一次雷擊跳閘，雷擊故障點(diǎn)為遠(yuǎn)離避雷器安裝地區(qū)的86號(hào)桿，線路避雷器動(dòng)作19次。線路避雷器的動(dòng)作次數(shù)見(jiàn)表2。在此時(shí)期，處于同一地區(qū)的10kV線路多次發(fā)生雷擊跳閘，35kV送電線路的雷擊跳閘率仍較高。參照DL／T620－1997標(biāo)準(zhǔn)的線路耐雷水平計(jì)算參數(shù)、方法，線路加裝線路型避雷器前雷擊桿塔時(shí)的耐雷水平計(jì)算數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。表中數(shù)據(jù)表示，安裝避雷器前線路的整體耐雷水平是比較低的。安學(xué)線因?yàn)槭褂煤铣山^緣子、避雷線、塔型等要素，耐雷水平顯然偏低。此中84、85號(hào)塔又因接地電阻較大，耐雷水平很低，以致在特定的地形地貌隨和象環(huán)境下雷擊閃絡(luò)頻發(fā)。安慶線的整體耐雷水平尚可，有的桿塔如11、15號(hào)塔超出了100kA，線路雷擊跳閘的主要原由應(yīng)是地形地貌和當(dāng)?shù)貧庀髼l件較惡劣，雷電活動(dòng)激烈的所致。如15號(hào)塔耐雷水平已達(dá)169kA，但因其處于山頂?shù)奶貏e地形地貌而仍遭雷擊閃絡(luò)。安裝避雷器后，線路的耐雷水平有了較大提升，一般地三相安裝避雷器的耐雷水平將提升3～3．6倍，兩邊相安裝的將提升1．6～2倍［2］。取三相安裝避雷器的耐水平提升3倍，兩邊相安裝避雷器的耐雷水平提升1．8倍，桿塔達(dá)到了100kA及以上的耐雷水平，大大提升了線路的防雷能力。綜合兩條送電線路安裝線路避雷器前后耐雷水平的比較、避雷器動(dòng)作狀況和線路的實(shí)質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)成效，能夠看到經(jīng)過(guò)應(yīng)用線路避雷器，提升了線路的防雷水平，大幅降低了線路的雷擊跳閘，收到了預(yù)期的理想成效。五、結(jié)論1、從安達(dá)電網(wǎng)兩條10kV線路的工程應(yīng)用結(jié)果看，線路避雷器在10kV送電線路的實(shí)質(zhì)應(yīng)用成效是較為理想的，是一種有效的防雷舉措。2、因?yàn)閮r(jià)錢成本問(wèn)題，送電線路大批使用線路型ZnO避雷器的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較有待論證，但對(duì)雷擊跳閘率較高的線路，依據(jù)地形地貌地質(zhì)隨和象狀況，在易雷擊段或雷擊屢次的桿塔，使用避雷器來(lái)提升線路的耐雷水平，降低雷擊跳閘率不論從技術(shù)上仍是經(jīng)濟(jì)上都是完整可行的。3、國(guó)產(chǎn)線路型避雷器的運(yùn)轉(zhuǎn)靠譜性雖尚需