输配电及用电工程专业技术报告

输配电及用电工程专业技术报告

线路型金属氧化物避雷器在10kV线路上的应用

与效果

审定：（技术负责人，高级工程师）

审核：（设计室主任，工程师）

编制：（设计室科员，助理工程师）

安达供电有限责任公司

2016年11月

一、问题的提出

高压输电线路故障跳闸的一个重要原因是雷击故障。安达电网1998～2001年10kV及以上线路故障跳闸统计表明，雷击故障跳闸达到了50％～60％。减少送电线路的雷击故障跳闸已成为送电线路安全运行的一个突出问题，是技术部门一项十分重要的任务。

分析1997年来的安达电网雷击跳闸记录，发现雷击跳闸率最高的是10kV安-庆线和安-学线，仅1998、1999两年跳闸就达14次，其中安-庆线8次，安-学线6次，占同期整个安达电网10kV及以上送电线路雷击跳闸的43．8％，对电网的安全运行造成了严重影响。如何减少这两条线路的雷击跳闸，成为一个焦点问题。

10 kV安学线长30．3km，拉线塔和自立塔混合使用，共89基，其中70％为山地，全线采用双避雷线，直线塔采用XSH－10／70型合成绝缘子，耐张塔8片XWP2－7防污绝缘子。

10 kV安庆线长52．2km，拉线塔和自立塔混合使用，共156基，85％为山地，全线采用双避雷线，直线塔采用7片XWP－7、XWP－10和8片LXP －7绝缘子，耐张塔8～9片LXP－7，8片XWP－7和9片XWP－10绝缘子。

安学线和安庆线均处于安达县东南片的丘陵山地，属Ⅱ－Ⅲ级污秽区。两线路投运以来，由于路径地形地貌和当地气象条件较为恶劣，雷击故障一直来较多。为降低线路雷击跳闸率，在1998年前已经采取了降低接地电阻，安装防雷多针系统等措施。从两线路的接地电阻测试情况看，除个别杆塔外均符合设计和规程要求，但雷击故障仍然频发，装有多针装置的杆塔仍遭雷击。因此，借鉴省内外同行部门的成功经验，考虑在这两条高雷击跳闸率的10kV路线上应用线路型金属氧化物避雷器（ZnO）作为线路的防雷措施。

二、线路型避雷器的基本原理、产品种类及应用情况

1、基本原理

用于送电线路防雷的避雷器并联于线路绝缘子串旁，通过保护绝缘子串，提高线路的耐雷水平，降低雷击跳闸率，达到防雷目的。线路型避雷器分为带串联间隙和无串联间隙两种结构类型。

带串联间隙型避雷器与导线通过空气间隙来连接，间隙击穿电压低于绝缘子串的闪络电压，正常时避雷器处于“休息”状态，不承受工频电压的作用，只在一定幅值的雷电过电压作用下串联间隙动作后避雷器本体才处于工作状态，因此具有电阻片的荷电率较高，雷电冲击残压降低，可靠性较高，运行寿命较长等特点。无串联间隙型避雷器直接与导线连接，利用避雷器电阻的非线性特性保护绝缘子串，与带串联间隙型相比具有吸收冲击能量可靠，无放电延时的优点。同时，为防止避雷器本身故障时影响线路正常运行，

无间隙避雷器一般装有故障脱落装置。

2、产品种类

一般ZnO避雷器的典型结构有两种：一为支柱式，另一为GIS型(罐式结构)。支柱式ZnO避雷器可单独装设使用，而罐式结构装于GIS内。支柱式的外壳经历了瓷绝缘——EPDM(三元乙丙胶)——硅橡胶。罐式尺寸的减少有助于缩小GIS。

2.1支柱式ZnO避雷器

自从80年代末和90年代初以来，ZnO避雷器的使用和被用户普遍认可，大大减少了电力系统的保护问题。在初期的结构中，ZnO元件装在瓷套内，而且端部封装一胶要用O型密封圈加以密封。随着时间的推移，特别在恶劣的环境中，密封圈容易劣化而让潮气侵入。80年代，聚合物壳体避雷器问世，英国Bowthorpe EMP公司制造出一整个系列聚合物壳体避雷器，电压直到400kV。在设计时，ZnO元件柱的表面被玻纤增强的树脂均匀地包封。这种结构无气孔，机械强度高，而且在ZnO柱的表面形成均匀的介电强度。这种壳体的材料为EPDM(三元乙丙胶)。它抗电痕，特别适用于污秽地区。继EPDM 聚合物之后，出现了硅像胶壳体，硅橡胶壳体相比EPDM壳体，具有明显的优势，这特别表现在：

①硅橡胶的主化学键上不含碳氮化合物，使之具有高度抗表面污染力和防止碳化泄漏通道时的形成；

②硅原上了附着许多CH3使之具有疏水性，若表面沉积污秽层，硅能将它的疏水性转移到附着膜上，这就是说，低分子量的硅油能够从本体转移到表面，这就叫低浓度硅迁移；

③硅橡胶中硅氧键是一个很强的化学键，因之硅像股能受环境的影响诸如臭氧、紫外线辐射或温度极端波动。

④硅橡胶外壳在内部出现过压力时，它不会像瓷那样爆炸，并有碎片飞出，危及人身及设备安全，硅橡胶仅形成小洞，将压力排出。

⑤硅像胶运输方便，安装容易。硅橡胶相比瓷绝缘减轻重量约50％，减小长度25％。由于硅橡胶具有以上优异性能，越来越多的制造公司在避雷器上用硅橡胶取代瓷绝缘。如ABB公司目前提供的中压避雷器，80％为硅橡胶避雷器。

2.2罐式新型避雷器

将避雷器作成罐式结构，广泛地用于SF6封闭式组合电器(GIS)中。高电位梯度ZnO元件的使用，大大降低了避雷器的高度。普通ZnO元件避雷器高度为470mm，而高电位梯度ZnO元件避雷器高度仅为250mm。其高度约为普通式的一半，这有助于减小GIS的尺寸。采用高电位梯度ZnO元件，可使避雷器呈单柱式，而不需要柱间引线。这就减小了罐式避雷器的内部电感。高电位梯度ZnO元件的单个通讯能力亦好于普通的ZnO元件。

3、应用情况

国外如美国和日本从20世纪80年代开始将避雷器应用于送电线路上，取得良好效果。我国从90年代中后期开始在送电线路使用避雷器来提高耐雷水平，降低线路雷击跳闸率，如广东、四川等地的高压线路应用避雷器都取得较为理想的效果。理论和工程实验都表明安装线路避雷器作为送电线路的防雷措施是可行而且是有效的，但我县此前尚无10kV送电线路上应用线路型避雷器方面的运行经验。

两种型号的线路型ZnO 避雷器在伏－安特性、暂态电压承受能力、耐污能力以及密封性能方面，能满足10kV 线路的运行和防雷要求。而且，无间隙型避雷器的脱离装置其工频故障电流下的动作特性、耐受电流冲击和动作负载不动作能力均较好，能保证避雷器故障时不影响线路的正常运行，实现免维护。

避雷器安装地点的选择，主要针对易雷击杆塔和区段。分析两条线路近年来查到的雷击故障点分布，发现雷击杆塔主要是两个区域。安学线集中在83～85号塔之间，故障点主要在左边相和中相，位于相邻的85号塔左相和中相也各有3次故障闪络。安庆线故障点分布相对较广，但7～21号塔区段故障占了一半以上，故障点主要在两边相绝缘子，中相绝缘子闪络较少，该易击区域的地形地貌特征为连续跨越多个山峰，跨越较大，最大一档达879m 。为此，将此两个易雷击的区段作为线路避雷器的安装地段，并按故障点情况确定安装避雷器的杆塔。

安学线除83～85号塔外，相邻的82、86号塔耐雷水平也较低（见表3），因此82、86号塔也考虑在两边相安装避雷器。安-庆线由于易击段范围较大，故考虑故障的7、8、11、12、15、20、21号等7基杆塔安装避雷器，同时对位于顶峰两侧山腰，从地形地貌分析易遭雷击的13、17号塔也予加装，两线路共确定14基杆塔安装线路避雷器。

考虑到安装费用及线路中相负角保护的特点，一般只在每基杆塔的两边相安装避雷器，结合雷击故障相别情况，安-学线83～85号以及安庆线8号地貌有可能为绕击雷，为防绕击在上述4基杆塔上每相均安装避雷器［1］。

为积累运行经验，视安装地点杆塔结构，分别使用带间隙和带脱离装置