复合绝缘外套线路型ZnO避雷器防雷运行分析

　　0 引言

　　截止1999年底，广东省已有肇庆、广州、东莞、惠州、珠海电力局等单位在20条线路(110 kV16条，220 kV4条)的93基(110 kV63基，220 kV30基)杆塔共218相(110 kV164相，220 kV54相)上安装了悬挂型带串联间隙线路型复合绝缘外套ZnO避雷器(简称线路型ZnO避雷器)。经过3个雷雨季节运行，能统计到的线路型ZnO避雷器动作记录超过了200次(110 kV线路109次，220 kV线路48次)。本文对其防雷效果和技术经济性能进行评估，讨论选点、安装和运行维护等方面存在的问题 。

　　1 防雷运行效果

　　肇庆局地处粤西山区，19911997年年平均138个雷电日，多回220 kV跨地区线路和110 kV本市主电网的输电线路大多架设在山上，每年雷击跳闸情况较多。1997年4月在110 kV珠西线＃27、＃28和＃38杆上安装9支避雷器，取得一定经验后，先后在5条110 kV、3条220 kV线路的38基杆上安装了避雷器62支(110 kV38支、220 kV24支)，这8条线路的雷击跳闸率有明显下降。110 kV珠西线1992～1996年间的线路事故跳闸0.8次/a(事故跳闸率4.71次/(100km·a))，并多次发生雷击掉串事故；1992年9月在＃24～＃31杆连装SL—Z1型导体阵列式消雷器共8套，1996年4月19日雷击＃28～＃29杆塔，＃28塔瓷瓶击碎导线掉地，SL—Z1型导体阵列式消雷器被击坏,＃24～27、＃30～＃31杆塔的SL—Z1型消雷器的导体小针亦有不同程度的击穿掉地现象；1997年4月在3基杆塔共安装9支避雷器后，当年一个雷雨季节共雷击跳闸2次，跳闸率下降为11.6次/(100km·a)，未发生雷击掉串事故，而线路避雷器有14次动作记录(＃27塔B相2次，C相2次；＃28塔A、B相各2次，C相6次)，统计数据表明，多雷击杆塔安装线路型ZnO避雷器后，特别是在1997年154个雷电日的情况下，原来多雷击的杆塔避雷器动作频繁，而杆塔瓷瓶未有闪络跳闸，而在同一区域其地形及气象条件基本相同的另几条线路，未装线路避雷器的多雷击杆塔均发生雷击跳闸、瓷瓶闪络现象；1998年珠西线未发生雷击跳闸，1999年雷击跳闸1次，跳闸率为5.8次/(100km·a)，1997年后该线路没有发生雷击事故跳闸。220 kV珠瑞线1998年4月12日在大雷雨中跳闸，重合成功，按照保护测距的结果 ，在＃118塔A相发现雷击瓷瓶，该塔为耐张塔，未安装避雷器，值得注意的是曾多次发生雷击事故造成瓷瓶被击碎的该线路＃113塔安装的三只避雷器动作明显较多(1998年A、B、C相各动作3次、3次和6次，1999年B相动作2次)，但未发生瓷瓶闪络现象。

　　广州局220 kV韶郭线处于粤北、粤中山区的线路占70%，线路走廊1 km范围内的雷电日达90以上，自1988年7月投产以来，几乎每年都有雷击跳闸故障发生，其中位于山顶上的＃210塔仅1997年就发生6次雷击故障，该塔两边水平档距和垂直档距大，接地电阻26.7 Ω。曾采取了更换锈蚀接地网、降低接地电阻和安装消雷器等降低雷击跳闸率措施，但效果不明显，于是采用线路避雷器应用到降低接地电阻有困难、雷电活动较强烈的线段。1998年3月选择＃206、＃209、＃210、＃211、＃246和＃248杆塔安装了共计16相线路避雷器 。1999年9月继续扩大了规模，在＃205、＃207、＃245、＃247、＃249、＃250和＃251杆塔安装了共14相线路避雷器。经过两个雷雨季节的运行，初步证明线路避雷器在线路防雷中的良好效果。如表1所示，较安装前的1997年统计，1998年和1999年的雷击跳闸次数明显降低了，这几年均未发生线路雷击跳闸事故。1998年3月安装的第一批线路避雷器经过两个完整雷雨季节的考验，所装避雷器的＃209、＃210、＃211、＃206、＃246和＃248塔都没有发生雷击闪络跳闸，但避雷器动作计数器共有8次动作记录，这说明有4次雷电击到杆塔或导线上，而引起避雷器动作，由于线路避雷器的安装，很可能避免了8次雷击跳闸故障。

　　将广东省雷电定位系统对韶郭线近几年的雷电实测数据进行了对比分析(见表2)，发现韶郭线1997～1999年的雷电活动强度基本相当，但该线路雷击跳闸次数，从1997年的9次降到1998年的4次，1999年降到1次，说明所装线路避雷器使韶郭线雷击次数有大幅下降，可认为线路避雷器起到了一定的防雷作用[1]。

　　2 线路避雷器安装杆塔和位置的选择

　　由于线路避雷器的投资很大，因此易击段和易击点的确定是非常重要的，安装相别的选择也很关键，必须进行技术经济比较和分析方能达到满意的效果。线路避雷器安装地点的确定应根据线路的具体运行情况，如历年跳闸率、易击段、易击杆塔，充分利用雷电定位系统对有关雷电和线路落雷参数进行分析，结合线路杆塔参数、地形、地质情况、接地电阻，以及绝缘配合等因素来综合考虑。

　　广州局220 kV韶郭线雷击跳闸较频繁，表3为易击段杆塔历年雷击跳闸情况。根据这些统计数据，对不同线路避雷器安装方式下的耐雷水平进行计算基础上，1998年3月选择了＃206、＃209、＃210、＃211、＃246和＃248杆塔安装了共计16相线路避雷器。1999年9月在＃205、＃207、＃245、＃247、＃249、＃250和＃251杆塔扩大规模安装了14相线路避雷器。从安装线路避雷器杆塔选择来看，杆塔接地电阻为7.3～43 Ω，地形为山地，绝缘子型号为LXP—10，避雷线保护角为10.7～16.4°。由于位于山顶上的＃210塔两边水平档距和垂直档距大，雷电活动特别强烈(仅1997年就发生6次雷击故障)，为此＃209和＃210各安装了两相线路避雷器。计算表明：在接地电阻较小时，只在两边相各安装一只避雷器，就能达到很好的防雷效果，因此，特别选定＃211和＃209两基塔，只在两边相安装，以检验计算的准确性。

　　韶郭线安装线路避雷器后的耐雷水平的计算结果见表4、5。可见，没有安装避雷器时，＃210和＃246塔耐雷水平较低，表3的雷击跳闸统计数据证明了这两基塔的计算结果。安装线路避雷器后 ，计算的杆塔耐雷水平基本上可达到300 kA以上。能引起绕击的最大雷电流为14.1 kA，避雷器完全能够承受。绕击耐雷水平的计算表明，安装一组线路避雷器时，220 kV线路的绕击耐雷水平(在R=100 Ω)能达到50 kA以上，证实了安装一组线路避雷器后，能完全防止绕击时雷击跳闸。理论计算分析和运行实践还表明，在杆塔接地电阻较小时，只在两边相各安装一支避雷器(共两支)就可达到很好的防雷效果。安装一组线路避雷器能完全防止线路绕击时雷击跳闸。

　　根据肇庆局的仿真计算和安装运行经验，杆塔上安装位置的选择应考虑：

　　1) 线路杆塔接地电阻对线路的耐雷水平影响最大，接地电阻越大，线路耐雷水平越低。耐雷水平随线路档距呈U型变化，即档距较大或较小时，线路的耐雷水平均较高。

　　2) 从技术经济角度考虑，当杆塔接地电阻较小(如15 Ω)时，单回路线路的防雷效果以在边相各安装1支(共2支)避雷器为宜，而双回路线路则以在下导线各安装1支(共2支)为宜；当杆塔接地电阻较大(如60 Ω)时，单回路线路的防雷效果以在三相各安装1支(共3支)避雷器为宜，而双回路线路则以在下侧及中间或下侧及上侧的对称相各安装1支(钩3支)为宜。

　　3) 杆塔接地电阻较小时，流经避雷器的雷电流以及吸收的雷电放电能量相对较小，避雷器完全能承受。杆塔接地电阻较大时，在某些安装方式下(如安装2支)，避雷器不能承受≥300 kA的雷电流。

　　3 结论

　　a.线路避雷器对防止雷直击导线或雷击杆塔、避雷线引起的反击闪络，降低线路雷击跳闸率都有一定效果。但现有的运行经验尚不够，而且雷电活动是小概率事件，需要统计足够长时间的运行数据。线路用ZnO避雷器的应用量大面广，价格成本问题比较突出，其技术经济比较仍需大量的运行经验来验证。输电线路用ZnO避雷器的应用有很多技术性问题尚需探讨和解决；

　　b.应结合雷电定位系统解决易击段、易击杆和安装相别的选择及杆塔接地电阻、地形等因素对防雷效果的影响关系等问题。及时跟踪线路用ZnO避雷器的应用和运行情况，掌握有关线路历年跳闸情况、落雷点、落雷密度与跳闸率关系，及时跟踪运行效果，总结运行经验。

　　c.输电线路用氧化锌避雷器尚需规范和完善技术条件和有关行业标准，解决其选型(目前有内间隙、外间隙和无间隙多种)、通流容量、安装方式和运行维护，提高其可靠性等问题。