线路避雷器的绝缘配合
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大电流/ kA 压力释放
小电流/ A 工频电压耐受时间特性 串 间隙距离/ mm 联 间隙与绝缘子串间距离/ mm 间 雷电冲击 50 %放电电压 (peak) / kV 隙 工频耐受电压 (rms) / kV 额定拉伸负荷 (1min) / kN
有间隙线路避雷器
YH10CX2 YH10CX2 YH20CX2
Insulation Coordination f or Line Surge Arrester
L I Fan , S H I Wei ( Xi’an J iaoto ng U niver sit y , Xi’an 710049 , China)
Abstract : Light ning st rike o n power t ransmission line occurs wit h certain p robability. The line t rip2out rate can be reduced by using line surge arresters , t he difference in p rotecting margin is compare by analyzing and calculating t he u2t characteristic curve of line arresters wit h and wit hout gap s , and t he technical specification of 110～500 kV line surge arresteris p ut forward. Insulation coo rdination regulations and p ropo sals for enhancing p rotective margin of line arresters are summarized and recommendatio n for application , installing and maintenance of such arrester is giv2 en in consideration of p ractice in China. Key words : line arrester ; insulation coordination ; lightning st rike ; flashover ; overvoltage
Vol. 31 No . 8
电压的标准偏差 。用标么值计 ,σ1 及σ2 可取 01 03 。 则 Ui50 % ≈1. 2Ua50 % 。而中国制造单位使用较多的 推荐值[9 ] 为 Ua50 % = 01 8Ui50 % 。国内某厂 220 kV 有 间隙 (环2环 、棒2棒) 及无间隙线路避雷器典型产品 与 XP270 型绝缘子串 (13 片) 的绝缘配合 u2t 特性实 测曲线见图 1 ,可见 3 种线路避雷器均能很好地保 护线路绝缘子串[10 ,11 ] 。任何时间段上均有 Ua50 % < Ui50 % ,故从绝缘配合的角度看很合理 ,但它们之间 的保护裕度并不一样 。从图 1 分析可知 : ①环2环间 隙固定于支撑绝缘子两端 ,其放电电压较高 ,分散性 较大 ,特别是正负极性偏差为 ±(10 %～18 %) ,放电 点包络线较宽 ,故保护裕度较小 ,属于稍不均匀电 场 。但安装较方便 ,因而使用比例较大 。 ②棒2棒间 隙分别固定于线路避雷器本体下端和输电线路连接 的铁夹上 ,实为纯空气间隙 ,放电电压较低 ,正负极 性分散性较小 ,属于极不均匀电场 。 ③无间隙线路 避雷器与前两者不同 ,其保护特性仅取决于一条 U2 I 特性曲线 ,特性稳定 ,保护裕度特别大 ( ≥70 % ,见 图 1) ,故仅从保护角度看 ,它是最佳的线路型避雷 器 。目前有许多 35～500 kV 的成功实例 。
为保证线路绝缘子串在雷击过电压下不闪络 , 按照绝缘配合原则[8] ,应做到两点 : ①线路避雷器的
50 %放电电压 Ua50 %必须低于并联的绝缘子串 50 % 放电电压 Ui50 % ,即无论线路避雷器采用棒2棒间隙 还是环2环间隙 (或无间隙) , Ua50 % 包络线上限都必 须低于 Ui50 %包络线下限 。 ②不同过电压波头下线 路避雷器都必须与绝缘子串配合 ,即全时段工况下 线路绝缘子串及线路避雷器的 u2t 特性曲线包络线 都不能有相交点 ;而且 21 5 倍操作过电压下有间隙 线路避雷器放电间隙又绝对不能动作 。对于 Ua50 % 上 、下限而言 ,前者要求放电间隙越小越安全 ,后者 要求间隙越大越可靠 ,这是相互矛盾和制约的 ,故须 通过试验验证 ,选择恰当的间隙距离 ,以达到最大裕 度 。值得指出的是 ,综合分析我国 12 个制造厂线路 避雷器试验结果后得出 ,有间隙线路避雷器的 Ua50 % 由于避 雷 器 阀 片 残 压 作 用 而 总 比 纯 间 隙 的 约 高 30 %。而日本资料[3] 认为 ,有串联间隙线路避雷器 整体的 Ua50 % 是单纯空气间隙放电电压 Ug 与避雷 器本体电阻片的直流 1 mA 参考电压 U1 mA 之和 ,即
2. 9
对操作过电压而言 ,其波头很长 ,相对频率 ω 值小 。若加装 1 组线路避雷器 ,则对 100 km (甚至 更长) 整条线路都能起作用 。若加装 2 组线路避雷 器 ,则即使它们相距几十 km ,所流过的操作过电压 电流也可由 2 组避雷器分担 ,而不象雷电流那样仅 集中在雷击点的杆塔或线段上 。
84/ 240 168/ 440 370/ 1050
110
220
500
84
168
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10
10
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246
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240
440
1050
276 1或2
506 1或2
1200 3
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400 100 40 800
/ 550 ±50
800 500 220 10
400 100 40 800
/ 900 ±50
1800 900 440 10
1200 100 50 800
/ 1650 ±150
3500 1825 567
70
YH10 W2 100/ 260
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无间隙线路避雷器
YH10W2 YH10W2
200/ 520 300/ 727
220
330
YH10 W2 444/ 1015
500
100
200
300
444
对大气过电压 (雷击) 而言 ,若每个杆塔加装 1 组避雷器 ,则跳闸率几乎可降至 0 ;若 2 km 内加装 1 组避雷器 , 则跳闸率可降低 50 % , 但这很不经济 。 而实际雷电流的波头陡度不同 ,其作用范围也不同 。 波头较短 ( ≤21 6μs) 时 ,雷电流仅作用于 1 基杆塔 ; 波头较长时 ,雷电流将作用于落雷杆塔及其左右的 几个杆塔 ,线路避雷器的保护作用应与此相对应 。 因此 ,最经济有效的办法是将避雷器安装在频遭雷 击的杆塔上 ,或山顶 、跨越大江河 、接地电阻很大地 区的杆塔上 。实践证明 ,此法效果良好 。
1线路避雷器的研制与生产经过十多年的努力我国几个研究所和大厂已能系列化大批量生产110500kv线路避雷器其技术性能已达到发达国家先进水平见表1整体技术产品设计电位分布改善的水平都较高工艺水平外观质量也不次于国外大公司产品有些45工艺水平如法兰包封防止漏气防潮技术特别是液体硅橡胶整体自动一次成型技术甚至已超过进口同类产品
0 引 言
50 %以 上 的 电 力 线 路 闪 络 事 故 由 雷 击 引 起[1 ,2] 。相比低接地电阻 、屏蔽导线 、不平衡绝缘 、 双回线路等措施[3] ,线路避雷器因降低跳闸率 、防止 闪络事故的效果更好而在国内外广泛应用 。线路避 雷器的开发得益于系统防雷实际的需求和线路避雷 器技术的提高 :一是氧化锌避雷器水平的提高 ,包括 氧化锌阀片优异的耐大冲击能力和持久的耐老化性 能 ;二是硅橡胶材料在避雷器上的应用 ,大大减轻了 避雷器重量 (仅为瓷外套避雷器的 20 %) 。由此避 雷器才能轻松地悬挂在杆塔上 。我国已研制出多种 110～500 kV 线路避雷器 ,据 2002 年不完全统计 , 目前已有 7510 相产品在系统中运行 ,效果良好[4] 。
主要电气特性
系统额定电压 (rms) / kV 避雷器额定电压 ( rms) U rs/ kV 标称放电电流/ kA
直流参考电压 (DC 1mA) ≥/ kV 8/ 20μs 标称放电电流残压 (peak) ≤/ kV 1/ 10μs 陡波冲击电流残压 (peak) ≤/ kV 本 线路放电等级/ 级 工频参考电压 ( IR = 1 mA) (peak/ 2) ≥/ kV 2 ms 方波冲击耐受电流 (18 次) / A 体 4/ 10μs 大电流冲击耐受电流 (2 次) / kA
第 31 卷 第 8 期
·18 · 2005 年 8 月
高 电 压 技 术
High Voltage Engineering
Vol . 31 No . 8 Aug. 2005
线路避雷器的绝缘配合
李 凡 , 施 围 (西安交通大学 ,西安 710049)
摘 要 : 为用线路避雷器降低输电线路的雷击跳闸率 ,分析计算了 110～500 kV 有 、无间隙线路避雷器的 u - t 特 性曲线 ,比较了其保护裕度差异 ,总结出其技术要求 ,在绝缘配合原则下提出了如何增加线路避雷器保护裕度的建 议 ;同时统计出我国线路避雷器的使用实况 ,提出了线路避雷器的安装和维护建议 。 关键词 : 线路避雷器 ; 绝缘配合 ; 雷击 ; 闪络 ; 过电压 中图分类号 : TM862 文献标识码 : A 文章编号 : 100326520 (2005) 0820018203
我国 110 kV 以上输电线路一般都增设架空地 线 ,雷击点大多在杆塔或架空地线上 。雷击某一杆 塔时 ,雷电流大部分经杆塔流入大地 ,小部分经避雷 器传输到输电线路 ,另一部分经架空地线同时流向 邻近两个杆塔 。故采用线路避雷器放电保护或降低 杆塔接地电阻 ,对提高线路耐雷水平最为有效 。
3 线路避雷器与线路绝缘子串的 u2t 特性
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表 2 输电线路跳闸率计算 Tab. 2 Calculation of trip2out rate on
power transmission line
电压等级/ kV
110
220
பைடு நூலகம்330
500
跳闸率/ (100km ·a) - 1
1. 5
2. 9
2. 3
2005 年 8 月
高 电 压 技 术
第 31 卷第 8 期 ·19 ·
表 1 110～500 kV 有间隙 、无间隙线路避雷器的技术特性 Tab. 1 Technical specif ication of 110～500 kV line arresters with and without gaps
Ua50 % (1 ±10 %) = U g + U1mA 。 保证绝缘子串不放电的条件[8] 为 :
Ui50 % - 3σ1 ≥Ua50 % + 3σ2 , 式中 ,σ1 、σ2 分别为线路绝缘子串 、线路避雷器放电
·20 ·Aug. 2005
High Voltage Engineering
10
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290
425
597
260
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1015
291 1或2
582 1或2
814 2或3
1137 4
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100
200
300
( IR = 3 mA)
400
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100
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40
50
63
800
800
800
800
1. 15U r0. 1s 1. 0U r2h
1 线路避雷器的研制与生产
经过十多年的努力 ,我国几个研究所和大厂已 能系列化 、大批量生产 110～500 kV 线路避雷器 , 其技术性能已达到发达国家先进水平 (见表 1) [4 ,5] , 整体技术 、产品设计 、电位分布改善的水平都较高 , 工艺水平 、外观质量也不次于国外大公司产品 ,有些 工艺水平如法兰包封 、防止漏气 、防潮技术 、特别是 液体硅橡胶整体自动一次成型技术甚至已超过进口 同类产品 。
IM / 25 , P( IM ) 为出现杆塔闪络的雷电流几率 , %; Ps 为自跳闸率 , %。
T 取 30 h/ a 时 110～500 kV 输电线路跳闸率 (未加架空地线) 的计算结果见表 2 ,可见跳闸率太 高 ,系统几乎很难投入实际应用 。为降低跳闸率 ,电 力部门采用了许多有效措施如架设架空地线 、降低 接地电阻 、安装线路避雷器等 。而后者可大大降低 跳闸率[7] ,原因是避雷器动作将抬高导线电位 ,使导 线与杆塔电位差下降 ,从而不发生闪络事故 。
2 输电线路跳闸概率
输电线路遭受雷击的跳闸次数[6] 为
N = J P ( IM ) (1 - Ps ) , 式中 , J = 01 6 HL / 100 T , 为线路耐雷水平系数 ; H 为导线等值高度 , m ; L 为线路长度 , m ; T 为年雷电 小时数 , h/ a ; IM 为雷电流 , kA ;lg P( IM ) = 01 666 -
小电流/ A 工频电压耐受时间特性 串 间隙距离/ mm 联 间隙与绝缘子串间距离/ mm 间 雷电冲击 50 %放电电压 (peak) / kV 隙 工频耐受电压 (rms) / kV 额定拉伸负荷 (1min) / kN
有间隙线路避雷器
YH10CX2 YH10CX2 YH20CX2
Insulation Coordination f or Line Surge Arrester
L I Fan , S H I Wei ( Xi’an J iaoto ng U niver sit y , Xi’an 710049 , China)
Abstract : Light ning st rike o n power t ransmission line occurs wit h certain p robability. The line t rip2out rate can be reduced by using line surge arresters , t he difference in p rotecting margin is compare by analyzing and calculating t he u2t characteristic curve of line arresters wit h and wit hout gap s , and t he technical specification of 110～500 kV line surge arresteris p ut forward. Insulation coo rdination regulations and p ropo sals for enhancing p rotective margin of line arresters are summarized and recommendatio n for application , installing and maintenance of such arrester is giv2 en in consideration of p ractice in China. Key words : line arrester ; insulation coordination ; lightning st rike ; flashover ; overvoltage
Vol. 31 No . 8
电压的标准偏差 。用标么值计 ,σ1 及σ2 可取 01 03 。 则 Ui50 % ≈1. 2Ua50 % 。而中国制造单位使用较多的 推荐值[9 ] 为 Ua50 % = 01 8Ui50 % 。国内某厂 220 kV 有 间隙 (环2环 、棒2棒) 及无间隙线路避雷器典型产品 与 XP270 型绝缘子串 (13 片) 的绝缘配合 u2t 特性实 测曲线见图 1 ,可见 3 种线路避雷器均能很好地保 护线路绝缘子串[10 ,11 ] 。任何时间段上均有 Ua50 % < Ui50 % ,故从绝缘配合的角度看很合理 ,但它们之间 的保护裕度并不一样 。从图 1 分析可知 : ①环2环间 隙固定于支撑绝缘子两端 ,其放电电压较高 ,分散性 较大 ,特别是正负极性偏差为 ±(10 %～18 %) ,放电 点包络线较宽 ,故保护裕度较小 ,属于稍不均匀电 场 。但安装较方便 ,因而使用比例较大 。 ②棒2棒间 隙分别固定于线路避雷器本体下端和输电线路连接 的铁夹上 ,实为纯空气间隙 ,放电电压较低 ,正负极 性分散性较小 ,属于极不均匀电场 。 ③无间隙线路 避雷器与前两者不同 ,其保护特性仅取决于一条 U2 I 特性曲线 ,特性稳定 ,保护裕度特别大 ( ≥70 % ,见 图 1) ,故仅从保护角度看 ,它是最佳的线路型避雷 器 。目前有许多 35～500 kV 的成功实例 。
为保证线路绝缘子串在雷击过电压下不闪络 , 按照绝缘配合原则[8] ,应做到两点 : ①线路避雷器的
50 %放电电压 Ua50 %必须低于并联的绝缘子串 50 % 放电电压 Ui50 % ,即无论线路避雷器采用棒2棒间隙 还是环2环间隙 (或无间隙) , Ua50 % 包络线上限都必 须低于 Ui50 %包络线下限 。 ②不同过电压波头下线 路避雷器都必须与绝缘子串配合 ,即全时段工况下 线路绝缘子串及线路避雷器的 u2t 特性曲线包络线 都不能有相交点 ;而且 21 5 倍操作过电压下有间隙 线路避雷器放电间隙又绝对不能动作 。对于 Ua50 % 上 、下限而言 ,前者要求放电间隙越小越安全 ,后者 要求间隙越大越可靠 ,这是相互矛盾和制约的 ,故须 通过试验验证 ,选择恰当的间隙距离 ,以达到最大裕 度 。值得指出的是 ,综合分析我国 12 个制造厂线路 避雷器试验结果后得出 ,有间隙线路避雷器的 Ua50 % 由于避 雷 器 阀 片 残 压 作 用 而 总 比 纯 间 隙 的 约 高 30 %。而日本资料[3] 认为 ,有串联间隙线路避雷器 整体的 Ua50 % 是单纯空气间隙放电电压 Ug 与避雷 器本体电阻片的直流 1 mA 参考电压 U1 mA 之和 ,即
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对操作过电压而言 ,其波头很长 ,相对频率 ω 值小 。若加装 1 组线路避雷器 ,则对 100 km (甚至 更长) 整条线路都能起作用 。若加装 2 组线路避雷 器 ,则即使它们相距几十 km ,所流过的操作过电压 电流也可由 2 组避雷器分担 ,而不象雷电流那样仅 集中在雷击点的杆塔或线段上 。
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/ 550 ±50
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/ 900 ±50
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YH10 W2 100/ 260
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无间隙线路避雷器
YH10W2 YH10W2
200/ 520 300/ 727
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对大气过电压 (雷击) 而言 ,若每个杆塔加装 1 组避雷器 ,则跳闸率几乎可降至 0 ;若 2 km 内加装 1 组避雷器 , 则跳闸率可降低 50 % , 但这很不经济 。 而实际雷电流的波头陡度不同 ,其作用范围也不同 。 波头较短 ( ≤21 6μs) 时 ,雷电流仅作用于 1 基杆塔 ; 波头较长时 ,雷电流将作用于落雷杆塔及其左右的 几个杆塔 ,线路避雷器的保护作用应与此相对应 。 因此 ,最经济有效的办法是将避雷器安装在频遭雷 击的杆塔上 ,或山顶 、跨越大江河 、接地电阻很大地 区的杆塔上 。实践证明 ,此法效果良好 。
1线路避雷器的研制与生产经过十多年的努力我国几个研究所和大厂已能系列化大批量生产110500kv线路避雷器其技术性能已达到发达国家先进水平见表1整体技术产品设计电位分布改善的水平都较高工艺水平外观质量也不次于国外大公司产品有些45工艺水平如法兰包封防止漏气防潮技术特别是液体硅橡胶整体自动一次成型技术甚至已超过进口同类产品
0 引 言
50 %以 上 的 电 力 线 路 闪 络 事 故 由 雷 击 引 起[1 ,2] 。相比低接地电阻 、屏蔽导线 、不平衡绝缘 、 双回线路等措施[3] ,线路避雷器因降低跳闸率 、防止 闪络事故的效果更好而在国内外广泛应用 。线路避 雷器的开发得益于系统防雷实际的需求和线路避雷 器技术的提高 :一是氧化锌避雷器水平的提高 ,包括 氧化锌阀片优异的耐大冲击能力和持久的耐老化性 能 ;二是硅橡胶材料在避雷器上的应用 ,大大减轻了 避雷器重量 (仅为瓷外套避雷器的 20 %) 。由此避 雷器才能轻松地悬挂在杆塔上 。我国已研制出多种 110～500 kV 线路避雷器 ,据 2002 年不完全统计 , 目前已有 7510 相产品在系统中运行 ,效果良好[4] 。
主要电气特性
系统额定电压 (rms) / kV 避雷器额定电压 ( rms) U rs/ kV 标称放电电流/ kA
直流参考电压 (DC 1mA) ≥/ kV 8/ 20μs 标称放电电流残压 (peak) ≤/ kV 1/ 10μs 陡波冲击电流残压 (peak) ≤/ kV 本 线路放电等级/ 级 工频参考电压 ( IR = 1 mA) (peak/ 2) ≥/ kV 2 ms 方波冲击耐受电流 (18 次) / A 体 4/ 10μs 大电流冲击耐受电流 (2 次) / kA
第 31 卷 第 8 期
·18 · 2005 年 8 月
高 电 压 技 术
High Voltage Engineering
Vol . 31 No . 8 Aug. 2005
线路避雷器的绝缘配合
李 凡 , 施 围 (西安交通大学 ,西安 710049)
摘 要 : 为用线路避雷器降低输电线路的雷击跳闸率 ,分析计算了 110～500 kV 有 、无间隙线路避雷器的 u - t 特 性曲线 ,比较了其保护裕度差异 ,总结出其技术要求 ,在绝缘配合原则下提出了如何增加线路避雷器保护裕度的建 议 ;同时统计出我国线路避雷器的使用实况 ,提出了线路避雷器的安装和维护建议 。 关键词 : 线路避雷器 ; 绝缘配合 ; 雷击 ; 闪络 ; 过电压 中图分类号 : TM862 文献标识码 : A 文章编号 : 100326520 (2005) 0820018203
我国 110 kV 以上输电线路一般都增设架空地 线 ,雷击点大多在杆塔或架空地线上 。雷击某一杆 塔时 ,雷电流大部分经杆塔流入大地 ,小部分经避雷 器传输到输电线路 ,另一部分经架空地线同时流向 邻近两个杆塔 。故采用线路避雷器放电保护或降低 杆塔接地电阻 ,对提高线路耐雷水平最为有效 。
3 线路避雷器与线路绝缘子串的 u2t 特性
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表 2 输电线路跳闸率计算 Tab. 2 Calculation of trip2out rate on
power transmission line
电压等级/ kV
110
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跳闸率/ (100km ·a) - 1
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高 电 压 技 术
第 31 卷第 8 期 ·19 ·
表 1 110～500 kV 有间隙 、无间隙线路避雷器的技术特性 Tab. 1 Technical specif ication of 110～500 kV line arresters with and without gaps
Ua50 % (1 ±10 %) = U g + U1mA 。 保证绝缘子串不放电的条件[8] 为 :
Ui50 % - 3σ1 ≥Ua50 % + 3σ2 , 式中 ,σ1 、σ2 分别为线路绝缘子串 、线路避雷器放电
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High Voltage Engineering
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( IR = 3 mA)
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1 线路避雷器的研制与生产
经过十多年的努力 ,我国几个研究所和大厂已 能系列化 、大批量生产 110～500 kV 线路避雷器 , 其技术性能已达到发达国家先进水平 (见表 1) [4 ,5] , 整体技术 、产品设计 、电位分布改善的水平都较高 , 工艺水平 、外观质量也不次于国外大公司产品 ,有些 工艺水平如法兰包封 、防止漏气 、防潮技术 、特别是 液体硅橡胶整体自动一次成型技术甚至已超过进口 同类产品 。
IM / 25 , P( IM ) 为出现杆塔闪络的雷电流几率 , %; Ps 为自跳闸率 , %。
T 取 30 h/ a 时 110～500 kV 输电线路跳闸率 (未加架空地线) 的计算结果见表 2 ,可见跳闸率太 高 ,系统几乎很难投入实际应用 。为降低跳闸率 ,电 力部门采用了许多有效措施如架设架空地线 、降低 接地电阻 、安装线路避雷器等 。而后者可大大降低 跳闸率[7] ,原因是避雷器动作将抬高导线电位 ,使导 线与杆塔电位差下降 ,从而不发生闪络事故 。
2 输电线路跳闸概率
输电线路遭受雷击的跳闸次数[6] 为
N = J P ( IM ) (1 - Ps ) , 式中 , J = 01 6 HL / 100 T , 为线路耐雷水平系数 ; H 为导线等值高度 , m ; L 为线路长度 , m ; T 为年雷电 小时数 , h/ a ; IM 为雷电流 , kA ;lg P( IM ) = 01 666 -