淺談架空電力線路的過(guò)電壓保護(hù)

薛廣達(dá) 崔繼婷 趙瑞玲

國(guó)網(wǎng)山東鄆城縣供電公司 山東鄆城 274700

摘要：在電力系統(tǒng)中，由于內(nèi)部或外部的原因，使電壓突然升高，超過(guò)或遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)電氣設(shè)備的運(yùn)行額定電壓，即稱為過(guò)電壓。本文首先說(shuō)明了架空電力線路過(guò)電壓的分類，然后闡述了可控放電線路型過(guò)電壓保護(hù)器的應(yīng)用，最后探討了限制架空線路過(guò)電壓的措施。

關(guān)鍵詞：架空電力線路；過(guò)電壓；保護(hù)；直擊雷

一、架空電力線路過(guò)電壓的分類

（一）內(nèi)部過(guò)電壓

1、工頻過(guò)電壓

在三相中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地時(shí)，非故障相對(duì)地電壓升高倍。此時(shí)，不需要采取特殊措施進(jìn)行防護(hù)。

2、操作過(guò)電壓

電力系統(tǒng)因操作而使運(yùn)行方式發(fā)生變動(dòng)，致系統(tǒng)內(nèi)部電磁能量的振蕩，相互轉(zhuǎn)換和重新分布產(chǎn)生過(guò)電壓。一般發(fā)生在投入或退出空載變壓器、空載線路、并聯(lián)電容器的情況下產(chǎn)生。

3、間隙接地過(guò)電壓

在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相弧光接地時(shí)產(chǎn)生的間隙性的電弧，會(huì)在線路上引起高頻振蕩過(guò)電壓，其過(guò)電壓值一般不超過(guò)3.5倍相電壓。

4、諧振過(guò)電壓

在交流電路中，當(dāng)電感元件與電容元件串聯(lián)且感抗等于容抗時(shí)，會(huì)發(fā)生諧振過(guò)電壓，此時(shí)電容元件上會(huì)出現(xiàn)很高的過(guò)電壓。諧振過(guò)電壓的幅值一般不超過(guò)2.5倍相電壓。

（二）外部過(guò)電壓

1、直擊雷過(guò)電壓

高出地面幾米至數(shù)十米的電力線路，導(dǎo)線對(duì)大地來(lái)講，完全成為尖端，所以雷往往直擊到線路等電氣設(shè)備上，造成電氣設(shè)備或線路上絕緣擊穿而損壞。

2、感應(yīng)雷過(guò)電壓

雷云在先導(dǎo)放電的過(guò)程中，由于靜電感應(yīng)原因在電力線路的導(dǎo)線上積聚了大量與雷云極性相反的電荷。當(dāng)雷云從先導(dǎo)放電發(fā)展到主放階段而對(duì)地放電時(shí)，線路上被束縛的電荷被釋放，形成了向線路兩端以光速流動(dòng)的自由電荷，從而產(chǎn)生很高的感應(yīng)過(guò)電壓。

二、可控放電線路型過(guò)電壓保護(hù)器的應(yīng)用

理論研究和試驗(yàn)研究結(jié)果表明：非線性過(guò)電壓保護(hù)技術(shù)能有效截?cái)喙ゎl續(xù)流、抑制雷電過(guò)電壓、不承受工頻電壓、免維護(hù)；可控放電避雷針作為主動(dòng)防雷技術(shù)，具有保護(hù)范圍大、繞擊率低、放電電流小、感應(yīng)過(guò)電壓低等優(yōu)點(diǎn)。

由于架空避雷線的保護(hù)范圍存在屏蔽失效區(qū)，對(duì)已進(jìn)入桿塔側(cè)面的雷電先導(dǎo)，架空避雷線已不能對(duì)導(dǎo)線屏蔽保護(hù)。由擊距公式：

（1）

（2）

式中，I為雷電流幅值，kA；rs為先導(dǎo)擊距，m；rsm為繞擊最大擊距，m；hb、hd分別為避雷線、導(dǎo)線平均高度，m；α為避雷線保護(hù)角；可見(jiàn)，由輸電線路hd、hb及α所決定的rsm，在桿塔本身固有參數(shù)已知下，使臨界繞擊雷電流幅值Ism和桿塔屏蔽失效區(qū)域隨之確定。此時(shí)，如采取側(cè)向可控放電避雷針有效屏蔽已確定的最大繞擊擊距下的桿塔繞擊暴露區(qū)域，就能達(dá)到主動(dòng)防止雷電繞擊的目的。

在應(yīng)用主動(dòng)防雷技術(shù)的同時(shí)，引入非線性過(guò)電壓保護(hù)技術(shù)作為暫態(tài)過(guò)電壓第2重保護(hù)，當(dāng)架空線路上不論何種原因引起過(guò)電壓導(dǎo)致閃絡(luò)時(shí)，如將電弧形成的金屬性短路通道引向非線性限流元件，并由該元件迅速截?cái)嚯娀『徒財(cái)嘟盂櫠鴣?lái)的數(shù)十kA工頻續(xù)流，就能防止線路因雷直擊或感應(yīng)及操作過(guò)電壓引發(fā)的跳閘和斷線等運(yùn)行故障。

1.主動(dòng)防雷

在放電針頭8和非線性限流元件6與7串聯(lián)后接地，作為可控放電避雷針，并將其水平安裝在架空絕緣線路的側(cè)面以彌補(bǔ)架空避雷線保護(hù)屏蔽失效區(qū)域的防雷范圍。當(dāng)線路周圍雷電活動(dòng)形成的空間場(chǎng)強(qiáng)較低，或雷電先導(dǎo)沒(méi)有足夠逼近架空絕緣線路時(shí)，限流元件截?cái)?，放電針頭處于電位浮動(dòng)狀態(tài)，周圍大氣電位差較小，不發(fā)生電暈放電；一旦周圍雷云場(chǎng)強(qiáng)上升可能會(huì)對(duì)保護(hù)器所保護(hù)的線路發(fā)生雷閃，施加在限流元件上的電壓升高到其動(dòng)作電壓時(shí)，限流元件瞬間變成有效接地體，放電針針尖電場(chǎng)瞬間上升數(shù)百倍，針尖附近空氣迅速放電，形成很強(qiáng)的上升電荷脈沖，迎接雷云先導(dǎo)，將雷電能量通過(guò)限流元件直接引向大地泄放，避免雷云對(duì)線路發(fā)生閃擊，有效防止雷云對(duì)線路發(fā)生繞擊。

2.快速截?cái)喙ゎl續(xù)流、抑制過(guò)電壓

在限流元件6的頂端水平固定引流環(huán)5，在絕緣導(dǎo)線1和引流環(huán)5間形成串聯(lián)空氣間隙。當(dāng)架空絕緣線路發(fā)生過(guò)電壓閃絡(luò)時(shí)，串聯(lián)間隙先被擊穿，過(guò)電壓直接作用在限流元件上，暫態(tài)電流通過(guò)限流元件迅速流向大地；當(dāng)暫態(tài)電流瞬間釋放后，加在串聯(lián)間隙上的電壓降低至限流元件額定電壓以下，限流元件在瞬間恢復(fù)成高阻狀態(tài)。由于氧化鋅非線性伏-安特性和陡波特性，始終將過(guò)電壓限制在設(shè)計(jì)電壓下，并快速截?cái)嘟饘傩噪娀《搪吠ǖ篮凸ゎl續(xù)流，有效保護(hù)線路和電氣設(shè)備免受過(guò)電壓擊穿或損壞，同時(shí)，有效防止架空絕緣導(dǎo)線因工頻續(xù)流弧根高溫而熔斷。

綜上所述，可控放電線路型過(guò)電壓保護(hù)器具有主動(dòng)防雷和抑制過(guò)電壓、快速截?cái)喙ゎl續(xù)流等多重保護(hù)功能：一方面，有效防止雷電對(duì)線路發(fā)生繞擊雷害，克服了現(xiàn)有避雷針和消雷器等各種保護(hù)措施普遍存在的招雷、引雷的缺陷，主動(dòng)保護(hù)作用更有效、安全、可靠；另一方面，不論架空輸配電線路由于雷擊、操作等原因產(chǎn)生暫態(tài)過(guò)電壓，甚至發(fā)生絕緣子閃絡(luò)，該保護(hù)器借助于閉合引流環(huán)和非線性可控放電限流元件，始終保護(hù)架空輸配電線路避免發(fā)生斷線、跳閘等運(yùn)行故障。

三、限制架空線路過(guò)電壓的措施

（一）內(nèi)部過(guò)電壓的限制措施

1、操作過(guò)電壓的限制措施

（1）通常開(kāi)關(guān)中增加一個(gè)并聯(lián)電阻和一對(duì)輔助觸頭。

（2）裝設(shè)避雷器也是限制操作過(guò)電壓很重要措施。

2、避免間歇性弧光接地過(guò)電壓的措施是采用消弧線圈或電阻接地方式。

3、避免諧振過(guò)電壓的措施

（1）選用勵(lì)磁特性較好、飽和點(diǎn)高的電磁式電壓互感器。

（2）在電壓互感器開(kāi)口三角形繞組上裝設(shè)燈泡（6-l0kv電網(wǎng)接200W燈泡）或者專用消諧器

（3）在電壓互感器一次繞組的中性點(diǎn)上裝設(shè)專用消諧器。

（二）外部過(guò)電壓的限制措施

1、裝設(shè)避雷針

裝設(shè)避雷針是防止直擊雷的有效方法。避雷針可用來(lái)保護(hù)露天的配電裝置電力線路。就其本質(zhì)而言，避雷針不是避雷，而是利用其高聳空中的位置條件，把雷電引向自身，承受雷擊，把雷電流泄入大地，從而保護(hù)其他設(shè)備不受雷擊。

2、架設(shè)避雷線

架設(shè)避雷線是供電線路防雷保護(hù)的最基本和最有效的措施。避雷線的主要作用是防止雷直擊導(dǎo)線，同時(shí)還具有以下作用：

（1）分流作用，以減小流經(jīng)桿塔的雷電流，從而降低塔頂電位；

（2）通過(guò)對(duì)導(dǎo)線的禍合作用可以減小線路絕緣子的電壓；

（3）導(dǎo)線的屏蔽作用還可以降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過(guò)電壓。

3、裝設(shè)避雷器

避雷器是一種能釋放過(guò)電壓能量限制過(guò)電壓幅值的保護(hù)電器。金屬氧化物避雷器的應(yīng)用：在安裝前進(jìn)行直流1mA參考電壓試驗(yàn)，或進(jìn)行絕緣電阻的測(cè)量，對(duì)10kv避雷器用2500V絕緣電阻表測(cè)量，絕緣電阻不低于1000MΩ。合格后方可安裝。

4、降低桿塔接地電阻

降低桿塔接地電阻可以減小雷擊桿塔時(shí)的電位升高，這是配合架設(shè)避雷線所采取的一項(xiàng)有效措施。標(biāo)準(zhǔn)要求，有避雷線的線路，每基桿塔的工頻接地電阻在雷季干燥時(shí)不宜超過(guò)相關(guān)數(shù)值。

5、裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置

由于線路絕緣具有自恢復(fù)性能，大多數(shù)雷擊造成的閃絡(luò)事故在線路跳閘后能夠自行消除。因此，安裝自動(dòng)重合閘裝置對(duì)于降低線路的雷擊事故率具有較好的效果。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)110kv及以上的高壓線路重合閘成功率達(dá)75%一95%，35kv及以下的線路成功率約為50%一80%。

結(jié)語(yǔ)

綜上，架空線的過(guò)電壓保護(hù)從工程設(shè)計(jì)階段就要認(rèn)真加以考慮，應(yīng)根據(jù)本地的實(shí)際情況，采取切實(shí)可行的防雷方案，選用質(zhì)量可靠的電氣設(shè)備和可靠性高的防雷設(shè)備，同時(shí)，真正按照等電位的原則，做好符合要求的共用接地網(wǎng)，綜合考慮防雷與接地，只有這樣，供電線路和設(shè)備才能避免遭受雷擊。

參考文獻(xiàn)：

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