带串联间隙配网线路避雷器间隙距离确定方法.pdf

5第 51 卷2023 年 8 月Vol.51 No.4Aug.2023云南电力技术YUNNAN ELECTRIC POWER带串联间隙配网线路避雷器间隙距离确定方法徐肖伟1，尹东2，聂鼎1，杨少锋3，牛力宵2，李永卿2，彭应超2（1.云南电网有限责任公司云南电力科学研究院，云南 昆明 650217；2.云南电网有限责任公司云南临沧供电局，云南 临沧 677099；3.云南电网有限责任公司云南红河供电局，云南 红河 651400）摘要：带串联间隙的避雷器是10 kV配网线路较为有效的防雷措施，配网线路避雷器间隙距离没有标准规定，导致产品间隙距离偏差较大，本文通过试验得出不同间隙的U50击穿电压，以确定串联间隙的合适距离。关键词：避雷器；串联间隙；距离Method for Determining the Distance of Arresters Series Gap on Distribution LineXu Xiaowei1,Yin Dong2,Nie Ding1,Yang Shaofeng3,Niu Lixiao2,Li Yongqing2,Peng Yingchao 2（1.Electric Power Research Institute of Yunnan Power Grid Co.,Ltd.,Kunming 650217,China;2.Lincang Power Supply Bureau of Yunnan Power Grid Co.,Ltd.,Lincang 677099,China;3.Honghe Power Supply Bureau of Yunnan Power Grid Co.,Ltd.,Honghe 651400,China）Abstract:Lightning arrester with series gap is a more effective lightning protection measure for 10 kV distribution network lines.There is no standard specification for the gap distance of lightning arrester in distribution network lines,which leads to large gap distance deviation of products.In this paper,U50 breakdown voltage of different gaps is obtained through tests to determine the appropriate distance of series gap.Key words:Lightning arrester;Series gap;Distance中图分类号：TM74文献标识码：B文章编号：1006-7345（2023）04-0005-030前言用于线路防雷的避雷器类型有多种，例如多腔室避雷器、大通流避雷器、无间隙避雷器、带串联间隙避雷器，但归结类型终为两类：一种是带串联间隙或纯间隙型，另一种是无串联间隙型。带串联间隙避雷器是由避雷器本体和外间隙串联组成，避雷器本体只有在间隙放电时才承受雷击过电压和工频电压。正常运行不动作时，由于间隙的隔离作用，避雷器的电阻片不承担任何电压，也就无劣化问题，因此带有串联间隙避雷器具有可靠性高、寿命长等优点，在配网线路防雷上得到了大面积的应用，其中带串联间隙型的间隙距离直接决定了避雷器的防雷效果1-4。带串联间隙的避雷器在雷击时应能可靠击穿动作，而运行中配网线路使用的带串联间隙避雷器大多数仅给出了粗略的间隙距离，设备安装时不同产品的间隙距离差距较大，带来的后果就是无法保证避雷器正常动作，从而“放过”了一定数量的雷击过电压，造成雷击侵入到线路末端的设备。文献 7 分析不同避雷器类型、不同杆塔冲击接地电阻以及雷击位置等对避雷器防护效果的影响并分析其保护范围，提出需要每隔 68基杆塔安装一组避雷器的建议；文献 8 对比分析采用避雷线和避雷器对线路感应过电压的防护效果，得出避雷器抑制过电压效果更为明显的结论；文献 9 计算了避雷器安装间距与线路闪络降低百分数之间的关系曲线，建议每隔300 m 装一组避雷器。上述文献的研究为避雷器的安装配置方式提供了参考指导建议，但仍存在较大的局限性：一是 10 kV 线路以遭受感6云南电力技术第 51 卷2023 年第 4 期应雷为主，雷击会导致附近的杆塔均可能发生雷击闪络，未加装避雷器的杆塔会成为雷击薄弱点，线路雷击跳闸风险依然较高，在安装密度上仍有待继续优化；二是 10 kV 线路避雷器大部分都带有串联空气间隙，其防雷效果与安装位置关系密切，放电间隙距离调节、金具安装位置均成为防雷效果的关键影响因素。现有的文献分析提供了理论的仿真分析10-12，但仍需要实测的试验数据支持。1避雷器间隙距离确定原则串联间隙避雷器间隙距离的确定，需要满足 3 个条件：1）雷电冲击下，间隙应可靠动作，以保证被保护设备免于雷击闪络击穿；2）能够耐受暂时过电压和部分操作过电压；3）雷击动作后，间隙间的工频续流应在半个周波内遮断。对于条件（1），根据配网设备的雷电耐压耐受水平比较，配电变压器、电压互感器、智能断路器的雷电耐受均为负极性 75 kV，针式绝缘子的雷击耐受为 120 kV，因此，间隙的雷电50%击穿电压 U50应不大于 75 kV，方可确保被保护设备；对于条件（2），由于工频过电压持续时间较长，其能量远远大于雷击过电压的能量，线路在间歇性接地故障时导致的弧光过电压，其过电压最高可达 35 倍相电压的工频过电压5，在谐振过电压下，基频谐振过电压约 3倍相电压、高频谐振过电压最大为 45 倍相电压6,由此可见，其过电压幅值最高为 28 kV，因此串联间隙在28 kV操作过电压下不应动作，以避免较大工频过电压能量带来避雷器的不必要的损坏。2串联间隙距离的实验分析2.1实验装置和方法实验采用 400 kV 雷电冲击发生器，试品为一可调间隙的串联间隙避雷器，并联一支 P-20 型针式绝缘子。如图 1 所示。雷电发生器空载输出的电压波形为1.2/50 s标准雷电波，如图 2 所示。图1雷电冲击实验装置 图2标准雷电波输出波形图3系统结构2.2U50法确定间隙距离对不同的间隙距离开展雷电冲击实验，采用高电压领域常用的 50%击穿电压法来确定不同间隙对应的正负极性雷电冲击电压值，选取6.6 cm、5 cm 两个距离。实验在高海拔 2000 m实验室进行，温度范围在 14 18、湿度为35%，串联间隙的球隙等效直径为 2.5 cm，试验结果如表 1 所示。表1不同的间隙距离对应的雷电冲击电压 间隙距离/cm U50（+）/kVU50（-）/kV工频耐受电压/kV6.673.1592.3505.070.5075.6442.5/317带串联间隙配网线路避雷器间隙距离确定方法 第 51 卷2023 年第 4 期典型的带串联间隙的避雷器在雷电冲击试验的波形如图 4 所示。图4串联间隙的避雷器在雷电冲击试验的波形带串联间隙的避雷器在过电压动作时，可关注两个电压值，一是间隙击穿时的电压峰值，由于间隙的时延特性，其击穿时的电压远远高于避雷器的残压值，即会出现一个幅值较高的尖峰，一旦间隙击穿产生电弧，间隙两极相当于短路，此时电压值为避雷器阀片的残压，此类型避雷器内部有 2 片阀片，其残压值约为21 kV，即击穿后，其残压值稳定在 21 kV，保护了其他设备的运行安全。2.3合适的间隙距离确定原则以 5 cm 的间隙距离可认为是较为合适的间隙距离。主要原因一是该距离下无论正负极性的过电压，均可以限制正在 75 kV 以下，可避免超过一次主设备出厂耐压值的雷击电压在线路中传播。二是该间隙下的工频耐压值为44 kV，远高于系统中有可能产生的工频过电压，在安全的工频过电压下，该间隙可确保不会动作。3结束语本文通过实验分析了配网用带串联间隙线路避雷器的间隙距离确定方法，获得以下结论：1）带串联间隙避雷器在雷电冲击下会有较高的击穿电压，由于空气间隙的时延特性，其幅值主要由间隙距离决定，与避雷器阀片数量无关。2）带串联间隙避雷器击穿后的残压值，全部由避雷器阀片决定，与间隙距离无关。3）带串联间隙避雷器的间隙距离选择 5 cm较为合适，该间隙下的 U50电压约为 75 kV，可以较好地保护一次设备，又能隔离工频过电压，不至于引起避雷器的频繁动作而损坏。参考文献1 蒋国文,张英华,弥璞.6-10 kV配电网络雷电防护现状及防雷措施分析J.电瓷避雷器,2007(6):37-44.2 郑江,林苗.线路避雷器在防雷中的作用研究J.电瓷避雷器,2006(6):38-41.3 李振,余占清,何金良,等.线路避雷器改善同塔多回线路防雷性能的分析J.高电压技术,2011,37(12):3120-3128.4 张学军,盛俊豪,高伟庆,等.基于正态分布的带串联间隙避雷器间隙距离的确定方法J.电瓷避雷器,2015(3):4-78.5 李和平,张水喜.10 kV配电系统间歇性弧光接地过电压分析及预防措施J.河南电力,2000(2):33-35.6 杨华安.铁磁谐振过电压原因分析及预防J.江西电力,2009(4):27-28.7 王志刚,阮观强,等.基于ATP-EMTP的配电线路避雷器防雷效果及保护范围仿真分析J.电瓷避雷器,2020(1):66-70.8 周玉娟,李凯,等.架空线路雷电感应过电压的避雷器与避雷线防护比较J.电瓷避雷器,2018(6):86-90.9 王羽,文习山,蓝磊,等.提高架空配电线路耐雷水平的仿真分析J.高电压技术,2011,37(10):2471-2476.10 韩凌云.10kV氧化锌避雷器试验装置J.云南电力技术,2016,44（S2）:17-18.11 陈辉荣,陈朝兴.10 kV线路穿刺型避雷器安装配置实验与仿真研究J.云南电力技术,2022,50(5):83-88.12 郭锡玖.电力系统的绝缘配合问题J.内蒙古电力,1992(3):40-45.收稿日期：2023-07-10作者简介：徐肖伟（1983），男，硕士，教授级高级工程师，主要研究方向为配网防雷、变压器试验技术、电力设备绝缘与故障诊断。（E-mail）；尹东（1992），男，本科，临沧沧源供电局配电管理所所长，主要研究工作为配网线路运维、线路故障查找技术；杨少锋（1990），男，本科，红河元阳供电局副总经理，主要研究方向为 10 kV 配网线路防雷及应用技术、配网设备管理。