摘要： 通過(guò)在華北電網(wǎng)雷電活動(dòng)頻繁地區(qū)的壽遵110kV線路上采用合成絕緣外套金屬氧化物避雷器改進(jìn)防雷措施的研究，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和實(shí)際運(yùn)行，證明此改進(jìn)是成功、經(jīng)濟(jì)和有效的，雷擊跳閘次數(shù)由1996年的7次，降為1997年的1次，1998年的0次。 關(guān)鍵詞： 輸電線路 防雷 接地 電網(wǎng)中的事故以輸電線路的故障占大部分，輸電線路的故障又以雷擊跳閘占的比重較大，尤其是在山區(qū)的輸電線路中，線路故障基本上是由于雷擊跳閘引起的，據(jù)運(yùn)行記錄，架空輸電線路的供電故障一半是雷電引起的，所以防止雷擊跳閘可大大降低輸電線路的故障，進(jìn)而降低電網(wǎng)中事故的發(fā)生頻率。經(jīng)多年摸索，我國(guó)的輸電線路防雷基本形成了一系列行之有效的常規(guī)防雷方法，如降低接地電阻、架設(shè)避雷線、安裝自動(dòng)重合閘等，但是對(duì)于一些山區(qū)線路，雷害十分頻繁，降低接地電阻又極其困難，而且費(fèi)用高、工作量大，效果也受到一定的限制。由于近些年110kV及以上電壓等級(jí)的合成絕緣外套金屬氧化物避雷器的研制成功，為解決線路的防雷提供了一種新的手段。華北電網(wǎng)內(nèi)雷電活動(dòng)頻繁的兩個(gè)地區(qū)之一的承德供電局內(nèi)一條110kV輸電線路——壽遵110kV線路，該線路經(jīng)過(guò)高山大嶺的一段桿塔，在雷雨季節(jié)經(jīng)常遭受雷擊，造成線路跳閘，為了解決這個(gè)問(wèn)題，在該線路129號(hào)～167號(hào)桿塔上共安裝了20只合成絕緣外套金屬氧化物避雷器，經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)行實(shí)踐和一系列的帶電監(jiān)測(cè)研究，證明這種改進(jìn)的防雷措施對(duì)于山區(qū)線路的防雷是經(jīng)濟(jì)、有效的。 1　線路的基本情況及改造情況 1.1　壽遵線路的基本情況 　　 承德地區(qū)位于燕山山脈深處，高山大嶺約占40%，雷電活動(dòng)非常頻繁，年雷電日在40日以上，每年由于雷擊而引起的故障占全年運(yùn)行故障的60%左右。壽遵110kV線路全長(zhǎng)49.40km，導(dǎo)線均無(wú)換位，平地占13.2%，一般山地占53.1%，高山大嶺占33.7%。壽遵線是承德地區(qū)與電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線，位置重要，該線路又是承德地區(qū)雷擊事故較多的線路之一，由于這些桿有近一半在山頂上，所以雷擊點(diǎn)的查找以及瓷瓶串的更換極其困難，工作量很大。 　　 據(jù)資料介紹，雷擊是有選擇性的。220kV新（安江）杭（州）一回全長(zhǎng)119.4km，于1960年9月28日投運(yùn)，自1962年起在線路上安裝了大量的磁鋼棒進(jìn)行測(cè)量記錄，通過(guò)1962年至1988年的雷電流幅值記錄和1961年至1994年的線路雷擊跳閘率分析指出，雷擊是有選擇性的，線路全長(zhǎng)一半左右無(wú)雷擊記錄，多雷區(qū)和易擊點(diǎn)約占全線的三分之一，加強(qiáng)多雷區(qū)和易擊點(diǎn)的防雷措施能顯著降低雷擊跳閘率。所以我們決定在壽遵線129號(hào)～167號(hào)桿上安裝避雷器，以降低該線路的雷擊跳閘率。 1.2　壽遵線路129～167號(hào)桿的改進(jìn)情況 1.2.1　接地的改善 129號(hào)～167號(hào)桿中接地電阻值高的桿塔共有11基：129、133、134、138、139、145、154、158、162、165、167號(hào)，見表1。此段桿塔高山大嶺占42%，一般山地占49%，平地占9%；我們對(duì)該段的接地進(jìn)行了改善，重新埋設(shè)了接地引下線，對(duì)于接地土壤不好的采取了換土措施，較嚴(yán)重的采取了埋設(shè)連續(xù)伸長(zhǎng)接地體的措施，工程實(shí)施后輸電桿塔的接地電阻有了明顯的降低，如表2所示 1.2.2　外絕緣的改善 對(duì)于這一段線路中所有的零值瓷瓶進(jìn)行了更換，并且對(duì)所有的直線桿塔（保證對(duì)地距離足夠的條件下）每相增加一片絕緣子，改為采用8片XP-7絕緣子。實(shí)施后的絕緣子爬電距離（下稱爬距）、泄漏比距（下稱泄比）與實(shí)施前的對(duì)照表參見表3，從表中可以明顯看到線路的絕緣水平有較大幅度的提高。 2　避雷器的選擇及參數(shù)的確定 2.1　避雷器的選擇 2.1.1　選擇復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器 由于常用的避雷器是瓷外套，比較重，安裝不便，使用在線路上有一定的局限性，而且如果發(fā)生爆炸，它的碎片將危及臨近絕緣子的運(yùn)行安全，所以必須選擇一種比較適合于線路上使用的避雷器。 　　 隨著國(guó)內(nèi)硅橡膠技術(shù)的發(fā)展，近些年研制成功的復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器就是一種適合懸掛于線路桿塔上的避雷器，與傳統(tǒng)的瓷外套避雷器相比，它除去了笨重的外套，改用新型硅橡膠復(fù)合有機(jī)外套，因而它具有重量輕等優(yōu)點(diǎn)，甚至在復(fù)合外套避雷器損壞時(shí)能允許線路繼續(xù)運(yùn)行，而其電氣特性、保護(hù)特性方面大體與瓷外套避雷器相當(dāng)。 　　 國(guó)際上，美國(guó)、日本、俄羅斯等國(guó)已大量使用復(fù)合外套氧化鋅避雷器，在美國(guó)的公路上隨處可見運(yùn)行中的配電變壓器都帶有復(fù)合外套氧化鋅避雷器，據(jù)統(tǒng)計(jì)美國(guó)己有上千萬(wàn)只復(fù)合外套氧化鋅避雷器在電網(wǎng)中使用，日本也有百萬(wàn)只復(fù)合外套氧化鋅避雷器在電網(wǎng)中使用。隨著我國(guó)硅橡膠技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)也相繼研制成功了110kV、220kV的復(fù)合外套氧化鋅避雷器，表4是北京某公司研制的110kV復(fù)合外套氧化鋅避雷器的電氣特性。 2.1.2　選擇外部帶間隙的復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器 懸掛在線路鐵塔上的復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器有兩種：一種是外部帶間隙的復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器（簡(jiǎn)稱 GMOA）；另一種是外部不串間隙的復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器（WGMOA）。GMOA的外串間隙在線路正常運(yùn)行時(shí)能夠隔離電網(wǎng)運(yùn)行電壓，保持MOA不承受電壓，所以避雷器的額電壓可以選得較低，而且在MOA故障損壞時(shí)允許線路繼續(xù)運(yùn)行，但是這種避雷器的保護(hù)特性較差，放電特性主要由間隙決定，其沖擊放電電壓比避雷器的殘壓要高得多。圖5給出了北京某公司研制的110kV等級(jí)帶串聯(lián)外間隙的避雷器的外間隙沖擊放電電壓的試驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)WGMOA懸掛在線路上運(yùn)行時(shí)，其運(yùn)行狀況可隨時(shí)得到監(jiān)視，且安裝方便，保護(hù)特性相對(duì)來(lái)說(shuō)較好，僅決定于避雷器的殘壓。兩種避雷器使用時(shí)各有優(yōu)缺點(diǎn)，為了安裝方便、獲得好的保護(hù)效果，并便于監(jiān)視避雷器的運(yùn)行狀況，我們決定選擇使用外部不串間隙的復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器。 2.2　避雷器參數(shù)的選擇 　　由于選擇使用WGMOA，避雷器長(zhǎng)期運(yùn)行在相電壓下，且線路運(yùn)行條件比變電站內(nèi)的運(yùn)行條件苛刻，為了避雷器運(yùn)行的可靠性，將110kV復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器的額定電壓由100kV提高到120kV，持續(xù)運(yùn)行電壓由73 kV提高到90kV，直流1mA電壓提高到170kV，考慮到避雷器遭直擊雷的幾率大，因而避雷器的大電流耐受水平由65kA提高到100kA，具體參數(shù)見表6。 另外由于避雷器長(zhǎng)期懸掛于線路上并承受相電壓的作用，我們?cè)诒芾灼鞯男褪皆囼?yàn)中增加了在避雷器施加拉力試驗(yàn)過(guò)程中的局放試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)取110kV避雷器一支，軸向施加靜態(tài)機(jī)械負(fù)荷，施加拉力分別為500kg,750kg,在此負(fù)荷狀態(tài)下施加1.05倍Uc，測(cè)量避雷器的局部放電，試驗(yàn)的結(jié)果見表7。 試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)軸向機(jī)械負(fù)荷加到額定破壞負(fù)荷時(shí)，局部放電沒有變化，所以其機(jī)電性能是穩(wěn)定的，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。 3　避雷器的安裝情況 3.1　避雷器的交接試驗(yàn) 為了在安裝前了解避雷器的性能，1996年10月29～31日在華北電力科學(xué)研究院沙河高壓試驗(yàn)大廳對(duì)北京中能瑞斯特公司的17只復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器進(jìn)行了交接試驗(yàn)，試驗(yàn)項(xiàng)目包括避雷器的絕緣電阻測(cè)試、直流試驗(yàn)（直流1mA電壓的測(cè)量、75%直流1mA電壓下泄漏電流的測(cè)量）、交流試驗(yàn)等，試驗(yàn)結(jié)果合格。 3.2　避雷器安裝位置的確定 經(jīng)過(guò)考慮研究，決定在直線絕緣子串和耐張絕緣子串上安裝避雷器的方式，安裝的具體位置。 　　 考慮到在直線桿塔（垂直絕緣子串）上避雷器安裝位置緊臨絕緣子串，此時(shí)絕緣子串上的電壓分布是否會(huì)影響避雷器的電位分布，繼而影響避雷器的泄漏電流，從而加速避雷器的劣化過(guò)程，縮短避雷器的使用壽命，為此在沙河試驗(yàn)大廳進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)的結(jié)果顯示，避雷器的這種安裝位置對(duì)于避雷器的使用壽命影響很小，也基本不會(huì)影響帶電試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果。 　　 考慮到桿塔的海拔高度、地形地貌以及避雷器的保護(hù)范圍，并且考慮到水平排列的三相的中間相（B相）基本上不會(huì)遭受直擊雷，而三角形排列的頂相由于易遭雷擊而需安裝避雷器（如130 號(hào)桿）等原則，在桿塔上裝設(shè)了復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器，具體安裝情況見表8。 4　避雷器的運(yùn)行狀況及分析 4.1　避雷器帶電試驗(yàn) 17只避雷器在進(jìn)行了交接試驗(yàn)后，1996年12月在壽遵線上安裝，并于1996年12月進(jìn)行了第一次帶電測(cè)試，以積累避雷器帶電試驗(yàn)的初始數(shù)據(jù)；然后在雷雨季開始后每個(gè)月進(jìn)行了帶電測(cè)試。從帶電測(cè)試的結(jié)果看，避雷器運(yùn)行正常。為了檢驗(yàn)避雷器的性能，在雷雨季節(jié)過(guò)后，隨機(jī)抽取了兩只避雷器，然后帶電拆下進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果合格，也就是說(shuō)避雷器在經(jīng)過(guò)一個(gè)雷雨季節(jié)的運(yùn)行后，性能良好。 4.2　避雷器動(dòng)作情況 截止1998年6月，避雷器總共動(dòng)作了5次，其中1997年的雷雨季節(jié)期間動(dòng)作了2次，都在140號(hào)桿塔的A相，1998年避雷器動(dòng)作了3次，138號(hào)桿塔A相、140號(hào)桿塔A相，145號(hào)桿塔各一次。138號(hào)桿標(biāo)高約367.2m，與139號(hào)桿檔距達(dá)595m，易遭雷擊，140號(hào)桿標(biāo)高達(dá)464.9m，是這一段桿塔中海拔高度較高的桿塔，該號(hào)塔位于一高山大嶺頂部，孤伶伶的，極易遭受雷擊，該號(hào)塔曾于1992年遭受到一次雷擊，145號(hào)桿高約428.2m，也在一山頂上，易遭雷擊。 　　 避雷器五次動(dòng)作，使壽遵線五次受到避雷器的保護(hù)，避免了線路五次跳閘，所以安裝避雷器的效果是明顯的。 4.3　壽遵線的運(yùn)行情況 壽遵110 kV線路自從1996年12月安裝避雷器以來(lái)，運(yùn)行直到1998年6月，線路僅跳閘一次（1997年8月31日），事故點(diǎn)在117號(hào)塔，是由于桿塔遭受雷擊造成的。該塔距129號(hào)桿12極桿塔，在安裝的避雷器的保護(hù)范圍以外，所以反過(guò)來(lái)可以說(shuō)明，避雷器的保護(hù)效果是明顯的，即在避雷器的保護(hù)范圍以內(nèi)的桿塔均受到避雷器的保護(hù)，而在保護(hù)范圍外的桿塔會(huì)遭受雷擊。由于在1997年7、8月間，140號(hào)桿的避雷器動(dòng)作了兩次，保護(hù)了線路，鑒于這兩次成功的經(jīng)驗(yàn)，考慮到1996年117號(hào)也曾遭受雷擊，而且這段線路中116號(hào)、117號(hào)、118號(hào)連續(xù)三極塔為單避雷線，地勢(shì)高，山又陡，單避雷線改雙避雷線的工作量特別大，所以于1997年11月7日在117號(hào)塔上也安裝了三只合成絕緣外套氧化鋅避雷器。 　　 運(yùn)行表明，5次雷擊跳閘比較集中，所以避雷器的安裝位置是比較合理的，它避免了線路5次跳閘，避雷器的效果也是很明顯的。 　　 綜合比較壽遵這幾年的運(yùn)行情況，可以發(fā)現(xiàn)壽遵線自1996年12月安裝了避雷器以來(lái)，雷擊跳閘次數(shù)已于1996年的7次降至1997年的1次、1998年的0次（截止6月底），雖然雷擊有一定的隨機(jī)性，但是避雷器1997年動(dòng)作2次、1998年動(dòng)作3次，確確實(shí)實(shí)保護(hù)了線路，減少了雷擊跳閘的次數(shù)，所以在線路上安裝合成絕緣外套氧化鋅避雷器能收到很好的保護(hù)效果。 5　小結(jié) 承德供電公司的一條110kV輸電線路——壽遵110kV線路，由于經(jīng)過(guò)高山大嶺的一段桿塔，在雷雨季節(jié)經(jīng)常遭受雷擊，造成線路跳閘，在這段桿塔降低接地電阻比較困難，且費(fèi)用高、工作量大，效果也受到一定的限制。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我院與承德供電公司合作，在該線路117號(hào)、129號(hào)～167號(hào)桿塔上安裝了總共20只合成絕緣外套金屬氧化物避雷器，經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)行實(shí)踐，避雷器一共動(dòng)作了5次，有效地保護(hù)了線路。這些避雷器選擇了適應(yīng)線路運(yùn)行的參數(shù)，經(jīng)過(guò)帶電監(jiān)測(cè)研究，證明避雷器的性能能夠滿足在線路上運(yùn)行的需要，同時(shí)經(jīng)過(guò)一個(gè)多雷雨季節(jié)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明這種改進(jìn)的防雷措施對(duì)于山區(qū)線路的防雷是經(jīng)濟(jì)的、有效的。 經(jīng)一年多運(yùn)行證明，合成絕緣外套避雷器參數(shù)選擇正確，布置合理，能很好地保護(hù)線路，防止雷擊跳閘。 　　 在110kV線路上安裝合成絕緣外套避雷器來(lái)保護(hù)線路，這在我國(guó)尚屬首次，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明在線路上安裝適合于線路運(yùn)行的合成絕緣外套金屬氧化物避雷器來(lái)保護(hù)線路是一種經(jīng)濟(jì)的、有效的、可行的方法，是一種值得推薦的、有效的山區(qū)線路防雷方法。