线路避雷器和线路绝缘子合二为一的可行性分析

注 :内绝缘放电途径为“沿面击穿”,外绝缘放电途径为“沿面闪络”。Fra Baidu bibliotek
5 问题及经济 、安全考虑
对避雷器而言 ,在机械拉伸负荷作用下 ,芯棒 会伸长 。虽然伸长率很小 (约 1 %) ,但是极易在 电阻片之间产生缝隙 ,使避雷器局部放电量增大 。 可利用电阻片抗压 、芯棒抗拉的特点解决之 ,但不 易控制 。
表 3 避雷器本体复合外套的绝缘( 或电弧) 距离和耐受电压
电压等级 kV
绝缘 (或电弧) 距离 mm 内绝缘 外绝缘
耐受电压 kV
雷电冲击 (峰值)
工频 rms
110
278～380 378～480 283～385 113～153
220
670～763 770～863 676～770 270～306
1 合二为一的基本条件
首先 (也显然) “, 线路避雷器”应是线路用的 无间隙金属氧化物避雷器 (简称无间隙避雷器) 和 用复合绝缘子作间隙支撑的线路避雷器 (简称有 间 隙避雷器) ,不包括纯空气间隙的线路避雷器 。
其次 ,还应满足下述机械和电气要求 ; 机械 :避雷器应具有绝缘子的抗拉强度 ,以免 “掉线”; 电气 :避雷器的结构高度应与绝缘子相当 ,以 免影响导线对铁塔的距离 。
2 避雷器和绝缘子的抗拉强度
若复合外套避雷器 (对有间隙避雷器而言 ,则 为本体) 采用复合绝缘子的抗拉结构 ,即在复合绝 缘子结构的基础上 ,将环形电阻片组装在芯棒和 外套之间 ,则避雷器就具有绝缘子的抗拉强度。 早期研制的电站用悬挂式复合外套避雷器就是这 种结构 。只不过电阻片的自重使避雷器的拉伸负 荷增加了一些 ,但相对其抗拉强度 (如额定机械拉 伸负荷) 而言 , 所占比例很小 , 不足 0. 5 % , 可忽
之 ,内外绝缘的检验 、运行工况并不苛刻 。 由文献[ 1 ]可知 ,避雷器本体复合外套的绝缘
耐受电压值 :雷电冲击电压取避雷器本体残压值 的 1. 3 倍 ,工频电压取避雷器额定电压值的 1. 5 倍 。将此计算结果和避雷器本体复合外套的绝缘
(或电弧) 距离一并列于表 3 。由经验可知 ,避雷 器本体复合外套的绝缘可以承受其耐受电压 ,即 采用高梯度电阻片是可行的 。当然 ,真正结论应 以试验结果为准 。
kV
结构高度 mm 一般电阻片 高梯度电阻片
110
1000～1150 1465～1890 1188～1510
220
1965～2055 2840～3405 2170～2643
对比表 1 、表 2 可知 ,无间隙避雷器的结构高
度与绝缘子相当 (矮变高容易) ;采用一般电阻片
时 ,有间隙避雷器结构高度的下限比绝缘子结构
为 278mm、335mm、或 380mm , 避 雷 器 结 构 高 度 为
(1188～1510) mm ;220kV 有间隙避雷器本体电阻片
高度为 670mm、720mm 或 763mm ,避雷器结构高度
为 (2170～2643) mm。也列于表 2。
表 2 避雷器的结构高度
电压等级 无间隙避雷器 有间隙避雷器结构高度 mm
6 结论
本文通过分析认为 ,线路避雷器和线路绝缘 子合二为一在技术上可行的 ,但从经济 、安全的角 度考虑有些得不偿失 ,还应慎重 。
参考文献 [1 ]DL/ T 81522002《交流输电线路用复合外套金属氧化物
避雷器》。 [2 ]JB/ T 846021996《高压线路用棒形悬式复合绝缘子尺寸
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供 用 电
2004 年第 6 期
间隙距离 。实际间隙距离一般为 (4502550) mm。
由表 1 可知 ,金具结构高度为 180mm 或 240mm 的
检验时 ,避雷器本体两端电压即为其直流 1mA 参考电压 。正常运行时 (确切地说 ,避雷器不 放电时) ,避雷器仅有漏电流 ,避雷器本体两端电 压很小 ,内外绝缘均可承受 。避雷器放电时 ,避雷 器流过雷电流 ,避雷器本体两端电压就是电阻片 残压 ,不高于标称放电电流下避雷器残压 。对内 绝缘而言 ,绝缘距离即为电阻片高度 ,虽然短 ,但 放电已表现为沿填充物界面击穿 ,绝缘水平已大 大提高 。对外绝缘而言 ,电弧距离可视为电阻片 、 弹簧及电极的高度之和 ,较内绝缘有所增加 。总
两倍 ,即 360mm 或 480mm。设弹簧及电极高度为
100mm ,则避雷器结构高度为 (146521890) mm。类
似方法可估算出 220kV 有间隙避雷器结构高度 ,
详见表 2 。
上述分析是基于国内一般情况 。现日本已研
制出大容量 、高梯度电阻片 ,其梯度可达 400V/ mm。
若采用时 ,则 110kV 有间隙避雷器本体电阻片高度
与特性》。 收稿日期 :2004 年 8 月 17 日 车文俊 中国电力科学研究院 北京清河小营东路 15 号 100085
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由文献[ 1 ]可知 ,110kV 无间隙避雷器的直流
1mA 参考电压应不小于 140kV 或 157kV 。实配值
比规定值高 3 %即可 ,为 144kV 或 162kV 。设电阻
片梯度为 200V/ mm , 则电阻片高度为 720mm 或
810mm。由表 1 可知 ,金具结构高度为 180mm 或
240mm。设弹簧及电极高度为 100mm ,则避雷器
结构高度为 (1000～1150) mm。类似方法可估算
出 220kV 无间隙避雷器结构高度 ,详见表 2 。
由文献[ 1 ]可知 ,110kV 有间隙避雷器本体的
直流 1mA 参考电压应不小于 108kV 、130kV 、140kV
或 148kV 。也设实配值比规定值高 3 % ,则实配值
为 111kV 、134kV 、144kV 或 152kV 。设电阻片梯度
为 200V/ mm , 则 电 阻 片 高 度 为 555mm、670mm、
720mm 或 760mm。由文献 [ 1 ]可知 ,110kV 有间隙
避雷器的工频耐受电压不小于 170kV 、雷电冲击
正极性 50 %放电电压不大于 525kV ,以此可确定
经过几代人的不懈努力 ,在避雷器和绝缘子 方面已取得了辉煌的成就 。棒形悬式复合绝缘子 在我国的研制 、使用已有约 20 年的历史 。随着环 境的不断恶化 ,其使用量正不断上升 。线路避雷 器的应用则是近几年的事情 。在铁塔接地电阻较 大且易遭受雷击的场合使用线路避雷器 ,可降低 线路的雷击跳闸率 。目前 ,线路避雷器的安装方 式是与线路绝缘子并联 ,实施起来有些麻烦 、也不 太美观 。自然就会想到 ,能否将线路避雷器和线 路绝缘子合二为一 ,即用线路避雷器取代其附近 的且与其并联的线路绝缘子呢 ? 本文通过分析来 回答这个问题 。
高度的上限高 16. 7 % (110kV) 或 25. 1 % (220kV) ;
采用高梯度电阻片时 ,有间隙避雷器的结构高度
也与绝缘子相当 。可以认为 ,若避雷器结构合理 ,
则合二为一后不会影响导线对铁塔的距离或影响
不大 。
4 采用高梯度电阻片的可行性
采用高 梯 度 电 阻 片 可 使 电 阻 片 高 度 降 低 一 倍 ,同时也使避雷器本体外套的绝缘 (或电弧) 距 离大大缩短 ,能否符合要求呢 ? 现从检验 、运行工 况和标准规定两方面来分析 。
第 21 卷第 6 期 2004 年 12 月
供 用 电
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线路避雷器和线路绝缘子合二为一的可行性分析
中国电力科学研究院 车文俊
摘 要 本文提出了线路避雷器和线路绝缘子合二为一的基本条件 。通过机械 (抗拉强度) 、电气 (结构高度) 及采用高梯度电阻片可行性的分析 、对比 ,认为合二为一在技术上是可行的 。但从经济 、安全的角度考虑有些 得不偿失 。 关键词 架空线路 ;线路避雷器 ;线路绝缘子 中图分类号 :TM75 文献标识码 :B 文章编号 :1006 - 6357 (2004) 06 - 0019 - 02
目前 ,110kV 或 220kV 线路绝缘子的价格为 每只 (串) 几佰元 ,而相同电压等级线路避雷器的 价格为每只 (122) 万元 。合二为一后经济效益不 明显 。
线路避雷器零部件多 ,结构 、运行工况等均比 线路绝缘子复杂 ,在机械拉伸负荷作用下 ,发生故 障的概率比线路绝缘子大 ,对安全运行不利 。
略 。当然 ,也可适当增加芯棒的直径 ,使避雷器具 有更大的抗拉强度 ,留有足够的安全裕度 。
3 避雷器和绝缘子的结构高度
以线路避雷器使用量最多的 110kV 和 220kV
电压等级为例进行分析 。
复合绝缘子的结构高度与瓷和玻璃绝缘子基
本相同 ,故线路避雷器的结构高度与复合绝缘子
对比即可 。文献[ 2 ]对复合绝缘子的结构高度 、最
小电弧距离等已有明确规定 ,由此可估算出复合
绝缘子金具结构高度 ,详见表 1 。
表 1 复合绝缘子参数
电压等级 kV
结构高度 mm
最小电弧距离 金具结构设计
mm
mm
1180 ±15 或
110
1240 ±15
1000
220
2150 ±30 或 2240 ±30
1900
180 或 240 250 或 340