線路避雷器的保護范圍及影響因素

曹峻峰

（大連依諾維電氣有限公司，遼寧 大連 116000）

線路避雷器的保護范圍及影響因素

曹峻峰

（大連依諾維電氣有限公司，遼寧 大連 116000）

文章以國家規(guī)程中的簡化法確定保護范圍為基礎(chǔ)，根據(jù)實際運行中的配值，帶入避雷器及其保護設(shè)備的具體參數(shù)，計算推導(dǎo)線路避雷器的保護范圍以及影響因素，進而得出相應(yīng)理論數(shù)值及結(jié)論供大家參考。

輸電線路；避雷器；保護范圍

避雷器被廣泛應(yīng)用于電力、冶金、石油、化工等大規(guī)模用電系統(tǒng)行業(yè)中。在設(shè)計避雷器配置過程中，諸如避雷器的額定運行電壓、雷電沖擊殘壓、方波通流、標(biāo)稱放電電流等已是大家較為熟悉的參數(shù)。在避雷器安裝密度方面，也多以隔桿投放的排列方式為主，對于雷電頻繁地區(qū)則以加密避雷器的方法予以解決，即為每桿一組避雷器的排列方式。可是當(dāng)我們討論到避雷器的具體保護范圍以及隔桿投放的合理性時，則無法對其給出相對精確的解釋，只能根據(jù)經(jīng)驗而論。

1　線路避雷器保護范圍的計算方法

對于線路避雷器保護范圍的計算方法，國標(biāo)GB11032-2010《交流無間隙金屬氧化物避雷器》中并沒有針對此項的規(guī)定，其標(biāo)準(zhǔn)主要是以避雷器本身特性為基礎(chǔ)，進而規(guī)范行業(yè)內(nèi)相對應(yīng)的檢測及實驗。而對于避雷器保護范圍的計算方法，目前僅有國家機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/ T 5894-1991《交流無間隙金屬氧化物避雷器-使用導(dǎo)則》附錄B中有所規(guī)定。但是就標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容而言，其中公式B1中的距離系數(shù)DF、公式B2中的常數(shù)K以及公式B4中的安全系數(shù)SF，均沒有給出明確的取值或取值范圍參考表，僅給出模糊因素（具體內(nèi)容見該標(biāo)準(zhǔn)19頁～20頁）。進而使得避雷器保護范圍的理論計算值出現(xiàn)了較大的選擇區(qū)間，方案設(shè)計的合理性也會因此出現(xiàn)較大的偏差，從而影響輸電線路安全運行。

2　線路避雷器保護范圍的取值

通過上述依據(jù)我們可知，國家標(biāo)準(zhǔn)中對于避雷器保護范圍的具體計算方法仍然存在一些不確定因素，因此，下面我們將針對這些界限模糊的常數(shù)作進一步的推導(dǎo)計算，盡可能的縮小其范圍，從而提高實際設(shè)計中理論推導(dǎo)計算的精準(zhǔn)度。下面我們以10kV系統(tǒng)為例，具體推導(dǎo)公式中那些不確定的常數(shù)。

機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 5894-1991附錄B中給出，DF=UOV/UP，DF=1+KLe/UP。其中：DF為距離系數(shù)；UOV設(shè)備上的過電壓峰值；UP避雷器雷電沖擊殘壓的比值；Le避雷器與被保護設(shè)備之間的連接線有效長度；K為常數(shù)。通過兩式得到邏輯關(guān)系：UOV=UP+KLe。式中Le=L+a1+a2，L為被保護設(shè)備高壓端至避雷器高壓導(dǎo)體連接點的距離；a1為避雷器高壓導(dǎo)體的長度；a2為避雷器接地導(dǎo)體的長度。

根據(jù)國家電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》第十章，表19電壓范圍Ⅰ電氣設(shè)備選用的耐受電壓中，設(shè)備雷電沖擊耐受電壓項目下可以查到變壓器的雷電耐受電壓為60kV。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB11032-2010《交流無間隙金屬氧化物避雷器》附錄J，表J.10典型的線路避雷器參數(shù)中可查到10kV線路避雷器雷電沖擊電流殘壓為50kV。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50061-2010《66kV及以下架空電力線路設(shè)計規(guī)范》第五章，表5.2.4導(dǎo)線或地線平均運行張力上限及防振措施中，檔距和環(huán)境狀況項目下可查到66kV及以下長距離輸電線路平均擋距一般在120～500m之間，平均桿塔安全高度在4.5～5.5m之間。根據(jù)避雷器安裝經(jīng)驗可知a1+a2的長度可近似等于桿塔平均高度。因此，這里通過折中考慮的方法我們可以保守估計避雷器與被保護設(shè)備或線路之間的連接線平均有效長度約在315m左右。

進而整理后帶入上述邏輯關(guān)系中，可進一步縮小常數(shù)K的平均取值范圍，通過計算可得出K≈0.032。最后，將上述常數(shù)K帶入公式B6可推算出10kV線路避雷器保護范圍為：

式中：Urw——設(shè)備的雷電沖擊耐受電壓（以10kV變壓器為例，Urw等于UOV）；SF——安全系數(shù)（以10kV變壓器為例，安全系數(shù)近似為1）。

通過計算可得10kV線路避雷器保護范圍為平均值為：

此計算結(jié)果略小于我們之前計算時所帶入的避雷器與被保護設(shè)備或線路之間的連接線平均有效長度315m。因此，通過上述一系列推導(dǎo)我們可知，10kV系統(tǒng)常規(guī)型號線路避雷器，在設(shè)計使用過程中采用隔桿投放的方式是存在一定風(fēng)險的，即輸電線路擋距大于312.5m時避雷器會出現(xiàn)保護死角。在環(huán)境惡劣、雷電活動頻繁等特殊地區(qū)需予以重視，盡量不采用隔桿投放的設(shè)計方式，或更換高性能特殊型號避雷器加強保護。

3　線路避雷器自身性能對其保護范圍的影響

根據(jù)上述推導(dǎo)結(jié)論我們可知，10kV系統(tǒng)所用的常規(guī)型號線路避雷器，在設(shè)計時采用隔桿投放的排列方式是無法對擋距大于312.5m的輸電線路實現(xiàn)無死角保護的。想要徹底解決該問題，可以從兩方面著手：①加密避雷器的方法，采用每桿投放的排列方式；②提高避雷器性能的方法，采用保護范圍較大的避雷器。每桿投放避雷器對于設(shè)計而言固然操作簡單，但在實際應(yīng)用上無法給線路保護帶來更大的提高，并且隨著安裝避雷器數(shù)量成倍增加，設(shè)備成本、施工費用以及工期也隨之提高。相比之下采用高性能避雷器則是更優(yōu)的設(shè)計理念，目前國內(nèi)所生產(chǎn)的高性能低殘壓避雷器在雷電過電壓保護方面提高的同時亦增大了對輸電線路的保護范圍。下面我們以10kV系統(tǒng)，YH5WS-17/41D型低殘壓避雷器為例具體說明。

根據(jù)避雷器型號參數(shù)我們可知，避雷器雷電沖擊電流殘壓為41kV，帶入上述公式計算可得10kV線路低殘壓避雷器保護范圍為平均值為：

通過計算結(jié)果我們可知，低殘壓避雷器的保護范圍是常規(guī)避雷器的1.9倍，因此，在設(shè)計安裝時采用每隔2桿投放一組低殘壓避雷器的方式（避雷器與被保護設(shè)備或線路之間的連接線平均有效長度小于等于395.8m時）或采用每隔3桿投放一組的方式（避雷器與線路之間的連接線平均有效長度小于等于296.8m時），即可實現(xiàn)對輸電線路無死角的保護。不但提高了對線路雷電過電壓的保護性能，還增大了對線路的有效保護距離，從而達到線路保護全面提高的目的。在雷擊頻發(fā)地區(qū)更應(yīng)予以設(shè)計采用。

4　結(jié)束語

最終的結(jié)論如下：①對于常規(guī)型號線路避雷器而言，通常在設(shè)計中所使用的隔桿投放方式是存在一定風(fēng)險的，對于雷電活動頻繁的地區(qū)容易發(fā)生由雷電流釋放不及時所導(dǎo)致的輸電線路損壞、停電等事故；②采用加密避雷器的方法在普遍地區(qū)是十分有效的，但因為其工程量相對較大，成本亦較高，新建項目不推薦使用；③采用性能較高的低殘壓避雷器可以增大對輸電線路的保護范圍，提高線路運行的可靠性。常規(guī)情況下，每隔2～3桿投放一組即可達到線路的無死角保護；④國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的避雷器設(shè)計原則是針對普遍性問題的。如果按照特殊的雷電易擊段或雷電活動頻繁的區(qū)域統(tǒng)一制定標(biāo)準(zhǔn)，勢必造成經(jīng)濟上的浪費。僅從這點出發(fā)考慮，國家標(biāo)準(zhǔn)中的避雷器參數(shù)選擇是相對合理的。

［1］交流無間隙金屬氧化物避雷器使用導(dǎo)則［S］.JB/T5894-1991.

［2］交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合［S］.DL/T620-1997.

［3］交流無間隙金屬氧化物避雷器［S］.GB11032-2010.

［4］李景祿.配電網(wǎng)防雷保護的分析與研究［J］.高電壓技術(shù)，2004，（4）.

TU895

A

1671-3818（2016）09-0094-02