1、关于输电线路防雷保护间隙问题的探讨 摘要： llOkV 架空输电线路地处旷野，线路距离长，均易遭受雷击。并常会造成绝缘子串闪络烧毁，线路跳闸停电等事故。文章分别论述了 35kV输电线路和 llOkV输电线路防雷保护间隙的设计的特点、原理及绝缘配合的情况，可指导实际工作，防止因掉串、掉线所引起的停电事故的发生。 下载 关键词：架空线；绝缘子；防雷保护间隙；绝缘配合 中图分类号： M726 文献标识码： A 文章编号： 1674-1145(2010)05-0179-02 根据近几年来国内各网省公司输电线路运行状况的有关历史统计数据，电力系统中输电线路故障的起因有 50 -60是由于雷击造成的，大气
2、过电压引起的绝缘闪络已经成为线路故障的主要原因，尤其山区和高原的输电线路，由于地理原因和气候因素，输电线路故障基本上是由于雷击跳闸引起的，因此输电线路防雷工作仍是电力科技工作者不断探讨的内容。常规防雷方 法往往达不到理想的防雷效果，降低杆塔电阻不能完全保证绝缘子不发生网络和防止绕击的发生；加强绝缘可提高耐雷水平，但受杆塔尺寸的限制；安装线路避雷器效果好，但投资巨大。因此进一步研究适合于特殊地理环境的防雷措施还是很有必要的。 一、输电线路防雷保护间隙的设计 (一 )防雷保护间隙型式、材料的选择和安装 根据已有的设计资料，国内外的招弧角的构造型式大致可以分为以下几种情况： 1.棒形，如图 1 所示
3、，用两个直径为 8 20mm 的圆钢制造的棒形电极相对，其间保持一定距离构成放电间隙。 这种招弧角的缺点是每次间隙闪络放电时，都会烧伤电极，甚至不能使用，因此这种间隙一般用在 69kV 电压等级的线路上。 2.球形，如图 2 所示，在棒形电极的顶端安装两个金属球以构成球形间隙，这么做的目的是为了减小棒形电极在闪络时被烧伤的程度，但是仍不能完全保证电极不被烧伤，因此这种招弧角一般用在 220kV以下的线路上。 3.羊角形，如图 3 和图 4 所示，这种型式的招弧角可以做成单羊角形或双羊角形的电极，当间隙闪络放电时，电弧在电极相距最近处形成，然后羊角形间隙上部构成的电弧被迅速拉长，这样有利于电弧
4、的熄灭，即使电弧不及时熄灭，也会因电弧被上拉，使电极被烧伤的部位处于羊角形间隙的端部，而间隙最小距离处不会被烧伤，从而保证间隙下一次正确动作。 4.网球拍形，如图 5 所示，它们是用直径为 28ram 的钢管弯曲而成，这种型式的招弧角对长绝缘子串有明显的均压作用，提高了雷电冲击放电电压，因此常用在绝缘子串片数比较多的 220kV 330kV 的线路上。南京大胜关 220kV 运行线路导线悬垂和耐张串上就使用了这种型式的招弧角。 (二 )35kv 线路操作过电压下的绝缘配合 35kV 输电线路的绝缘配 合要考虑以下几种操作过电压：空载线路合闸和重合闸过电压、开断空载线路和并联补偿电容过电压、开断
5、空载变压器过电压、以及单相间歇性电弧接地过电压。由于开断空载变压器时断路器的截流现象，即变压器电感线圈中的电流在自然通过零点之前被强迫截断，电流截断后，线圈中储藏的磁场能量将以振荡形式转换给同线圈相并联的杂散电容，由于杂散电容数值较小，所以在电容两端引起极高幅值的过电压。开断空载变压器由于断路器强制熄弧所产生的过电压，与断路器型式、变压器铁芯材料、绕组型式、回路元件参数和系统接地方式等有关系。当开断采用冷轧硅钢片的 变压器时，过电压一般不超过 2倍的线路最大运行相电压。开断采用热轧硅钢片铁芯的 66kV 以下的变压器一般不超过 4 倍尹的线路最大运行相电压。 35kV 系统发生单相间歇性电弧接
6、地故障时产生的过电压的高低随着接地方式的不同而不同，一般情况下也不会超过 4倍的最大运行相电压。 综上所述，对于 35kV系统的绝缘配合，系统的最大操作过电压 u可取为精的线路最大运行相电压，即 133kV。 (三 )110kV 输电线路防雷保护间隙和绝缘子串的绝缘配合 由 35kV输电线路保护间隙与绝缘子串在操作过电压下的绝缘 配合可知，由于操作冲击的击穿电压和波前时间之间呈现所谓的 “u 形曲线 ” 的关系，即空气间隙的 50击穿电压在不同的波前时间下具有极小值，对于 7m 以下的间隙，这个波前时间大致在 50- 200s 之间，因此 110kV线路的保护间隙仍采取规程规定的 250 25
7、00s 标准操作冲击波形下的保护间隙的击穿电压进行绝缘配合。 1.雷电冲击过屯压下的绝缘配合雷电过电压的波形具有随机性，实测的数据分散性很大，雷电冲击波的波头时间是在 1 5bts的范围内变化，波长在 20 100txs 的范围内，多数为 50txs 左右，雷电 冲击波的预放电时间通常不大于 10txs，因此 1lOkV 输电线路防雷保护间隙与绝缘子串在雷电过电压下的绝缘配合也采取 1.2 50bm的标准雷电冲击波形进行。同时，在雷电冲击击穿电压下，空气间隙击穿电压或绝缘子串的闪络电压的概率大体上遵从正态分布。 2.操作过电压下的绝缘配合规程 DIfF620-1997交流电气装置的过电压保护和
8、绝缘配合对以下几种操作过电压进行绝缘配合的相对地最大过电压值进行了规定：空载线路合闸时，由于线路电感和电容的振荡产生的合闸过电压，它在线路重合闸时，由于电源电势较高以及线路上残 余电荷的存在，进一步加剧了这一电磁振荡过程。使过电压进一步提高。我国 35220k 电网中，虽然绝缘水平选的较高，但也曾经因为切除空载线路时的过电压而引起多次绝缘闪络或击穿的事故。产生这种过电压的根本原因是因为电弧重燃。所以在按操作过电压要求确定 220kV及以下电网的绝缘水平时。主要以切除空载线路的过电压为计算依据。规程对开断采用热轧硅钢片铁芯的110kV 和 220kV 变压器的过电压规定为一般不超过 3 倍的线路
9、最大运行相电压。因此，对于 llOkV系统的绝缘配合。系统的最大操作过电压可取为 3倍的线路最大运行相电压， 即 309kV。 110kV 系统的最大操作过电压为 309kV，因此保护间隙的操作冲击 50放电电压应该大于 363kV，才能满足设计要求。按照棒一棒间隙在正极性标准操作冲击电压下 50放电电压与间隙距离的关系曲线，可查得与保护间隙的 363kV 放电电压对应的间隙距离 616mm，这就是保护间隙在操作过电压下的绝缘配合距离。 二、结语 文章简要叙述了国内外的线路防雷工作现状，并提出防雷工作中的一些缺点和难题，防雷保护间隙的设计克服了特殊地理环境造成的困难，对35kV线路， 110kV线路上 均可大量采用，它不但具有可靠引弧以保护绝缘子串和线路的功能，还能够有效的改善长绝缘子串的电压分布，发挥均压环的作用，因此是一种方便有效的防雷装置。
