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。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
1.1　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49.40 km，导线均无换位，平地占13.2%，一般山地占53.1%，高山大岭占33.7%。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。220 kV新(安江)杭(州)一回全长119.4 km，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。
1.2　寿遵线路129～167号杆的改进情况
1.2.1 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、138、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1　11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／Ω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2　11基杆塔改造前后接地电阻值的比较Ω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129100111715133813.72.82.8134384.64.24.01385598—139371222161451011926201544117—2215858—101816262——501651081522101673520—141.2.2　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 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12917401.5823202.11013017401.5823202.11013317401.5823202.11013420301.8423202.10013717401.5823202.11013820301.8423202.10013920301.8423202.10014214501.3123202.12014517401.5823202.10015417401.5823202.11015514501.3123202.12015820301.8423202.10016220301.8423202.10016417401.5823202.11016514501.3123202.1202　避雷器的选择及参数的确定2.1　避雷器的选择2.1.1　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4　110 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 雷电冲击电流下残压≯260 操作冲击电流下残压≯221 直流1 mA电压≮1452.1.2　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。