110kV线路避雷器应用探讨

朱 伟 黄华升

摘 要:在多雷、高土壤电阻率及地形复杂地区,110kv线路上安装避雷器是十分有效的避雷方法。通过阐述线路避雷器防雷的基本原理,基于EMTP仿真实验数据探讨了避雷器对电流波形、电流幅值和接地电阻的影响。

关键词:避雷器;EMTP;雷电流

中图分类号:TM862 文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)24-0123-01

对于多雷、高土壤电阻率、地形复杂地区的部分线路,降低杆塔接地电阻难度较大,对于防止绕击雷对线路造成的故障仍没有好的对策。此时,可以考虑利用线路避雷器来降低雷击跳闸率,线路避雷器已被证明是最有效的线路防雷措施。

1线路避雷器防雷的基本原理

雷击杆塔时,一部分雷电流通过避雷线流到相邻杆塔,另一部分雷电流经杆塔流入大地。当塔顶电位与导线上电位的差值超过绝缘子串50%的放电电压时,将发生由塔顶至导线的闪络。如果加装避雷器,当输电线路遭受雷击时,雷电流的分流将发生变化,一部分雷电流从避雷线传入相邻杆塔,一部分经塔体入地。当雷电流超过一定值后,避雷器动作加入分流,大部分的雷电流从避雷器流入导线,传播到相邻杆塔。雷电流在流经避雷线和导线时,由于导间的电磁感应作用,将分别在导线和避雷线上产生耦合分量。因为避雷器的分流远远大于从避雷线中分流的雷电流,这种分流的耦合作用将使导线电位提高,使导线和塔顶之间的电位差小于绝缘子串的闪络电压,绝缘子不会发生闪络,从而达到防止输电线路雷击跳闸事故的目的。

2 EMTP仿真实验

对于线路避雷器设计与安装而言,必须了解雷击杆塔时雷电流的最大幅值。我们可以应用EMTP程序可以得到较为准确的答案。为简化计算,对110kV无间隙线路型避雷器进行仿真分析。假设某一易击杆塔ABC三相都安装线路避雷器,相邻数基杆塔不安装。且系统参数为:额定电压为120kV;U1mA为170kV:10kA残压为308kV:20kA残压为345kV;大电流耐受水平为100kA。导线型号LGJ一240,为无分裂导线,弧垂6m;地线型号为GJ一50,弧垂7.7m;档距长300m:杆塔为门型双杆铁塔,杆塔波阻抗150Ω。

由EMTP程序算出避雷线与导线的波阻抗可知,A粗、B粗、C粗和双避雷线的等值波阻抗分别为563Ω、584Ω、563Ω和681Ω。线路的耐雷水平与3个重要因素有关,即线路绝缘子的50%放电电压、雷电流强度和塔体的冲击接地电阻。一般来说,线路的50%放电电压是一定的,那么线路的耐雷水平就与雷电流强度以及接地电阻有关,而雷电流强度与地理位置和大气条件相关。

①电流波形的影响。承上例,设接地电阻为15Ω,通过EMTP程序可知,当雷电流波头时间为2/50时,边相电流为30.11kA,中相电流为29.15kA,避雷线为27.85kA,杆塔电流为180.67kA;当雷电流波头时间为3/50时,边相电流为29.40kA,中相电流为28.46KA,避雷线为26.62kA,杆塔电流为173.91kA。从以上数据可以看出,波头时间越短,即电流越陡,避雷器上流过的最大雷电流占总电流的比例越大,即避雷器的效果越明显。②电流幅值的影响。接地电阻取15Ω,采用参数为2.6/50的雷电流,当雷电流幅值为100时,边相电流为13.12kA,中相电流为12.73kA,避雷线为13.38kA,杆塔电流为88.64kA;当雷电流幅值为150时,边相电流为21.32kA,中相电流为20.66kA,避雷线为20.44kA,杆塔电流为133.38kA;当雷电流幅值为200时,边相电流为29.63kA,中相电流为28.99kA,避雷线为27.12kA,杆塔电流为177.27kA;由此可见,若波形不变,当增大雷电流幅值时,避雷器上流过的最大雷电流占总电流的比例明显增大,即避雷器的效果越显著。③接地电阻的影响。采用参数为2.6/50的雷电流,幅值取200kA,当冲击接地电阻为10Ω,边相电流为24.51kA,中相电流为23.73kA,避雷线为25.59kA,杆塔电流为182.66kA;当冲击接地电阻为20Ω,边相电流为32.93kA,中相电流为31.89kA,避雷线为28.31kA,杆塔电流为172.19kA。可以看出 接地电阻的改变对避雷器的分流有很大的影响。接地电阻阻值越大,避雷器的效果越明显。

综合以上3个方面所述,线路避雷器的性能对于输电线路的防雷是很有利的。

3 结 语

雷击杆塔导致线路避雷器动作后,通过的雷电流远大于通过避雷线的雷电流,这种耦合作用使得导线电位提高,使导线和塔顶之间的电位差小于绝缘子串的闪络电压,使绝缘子不会发生闪络。对于波形陡、幅值大的雷电流,避雷器的分流系数比较大,有利于保护线路,防止发生雷击跳闸事故。线路避雷器的箝电位作用很显著,可以说是提高线路耐雷水平的最有效方式。