10kV配電線路避雷器安裝使用的優(yōu)化選擇

劉素芳 陳康 亓兆全

摘 要 本文主要通過(guò)對(duì)比分析3種常見(jiàn)外串聯(lián)間隙避雷器的結(jié)構(gòu)及安裝特點(diǎn)，并通過(guò)放電路徑試驗(yàn)對(duì)放電的準(zhǔn)確性進(jìn)行試驗(yàn)探究，得出環(huán)電極及穿刺電極避雷器可以配合各種柱式絕緣子使用，但對(duì)安裝要求較高;固定串聯(lián)間隙避雷器間隙距離固定，放電路徑固定，不會(huì)因放電路徑不準(zhǔn)而失效，但安裝相對(duì)復(fù)雜;通過(guò)comsol電場(chǎng)分析，得出間隙距離位于高壓與避雷器本體之間，避雷器本體承受的電場(chǎng)較小，更有利于產(chǎn)品的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞 串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器;安裝;放電;comsol;電場(chǎng)

引言

目前常見(jiàn)的10kV配電網(wǎng)堵塞式[1]防雷產(chǎn)品主要為串聯(lián)間隙避雷器，按結(jié)構(gòu)又包括穿刺型[2]、環(huán)電極型、固定間隙型等各式各樣，每一種防雷產(chǎn)品對(duì)于10kV配網(wǎng)系統(tǒng)的防雷均起到了很好的防護(hù)作用，為配電線路的安全運(yùn)行提供了安全保障。但由于避雷器的種類形式多樣，避雷器的安裝選擇應(yīng)用不當(dāng)，不僅不會(huì)起到防雷作用，還可能引起額外的停電事故。針對(duì)多式多樣的10kV絕緣子，應(yīng)該如何選擇合適的避雷器，每種避雷器之間又有什么區(qū)別，各自有什么優(yōu)缺點(diǎn)，這些問(wèn)題給使用單位造成了嚴(yán)重的困擾。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文主要通過(guò)對(duì)比分析3種常見(jiàn)外串聯(lián)間隙避雷器的結(jié)構(gòu)及安裝特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行放電路徑保護(hù)特性試驗(yàn)，查看其放電路徑的準(zhǔn)確性，并通過(guò)comsol三維有限元分析軟件對(duì)3種避雷器進(jìn)行電場(chǎng)分析，查看其在線路中的電場(chǎng)情況，為10kV配電線路避雷器的安裝使用提供優(yōu)化建議。

1 不同外串聯(lián)間隙避雷器[3-4]的對(duì)比分析

1.1 環(huán)電極外串聯(lián)間隙避雷器

環(huán)電極外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器是將環(huán)電極套接在保護(hù)絕緣子上，通過(guò)調(diào)節(jié)環(huán)電極與導(dǎo)線間的間隙距離，達(dá)到對(duì)絕緣子的保護(hù)，其環(huán)電極直徑要求是大于對(duì)應(yīng)絕緣子傘葉20～30mm，串聯(lián)間隙距離與被保護(hù)絕緣子干弧距離的比值不大于60%，且應(yīng)保證組裝形成的環(huán)形電極水平布置并且與被保護(hù)絕緣子完全同軸心，否則環(huán)形電極無(wú)法可靠定位雷電沖擊放電路徑。該類產(chǎn)品理論上是可以保護(hù)各種形式的柱式絕緣子，但在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)環(huán)形電極存在容易偏離設(shè)定位置的問(wèn)題，且環(huán)形串聯(lián)間隙避雷器放電路徑不固定：一種是導(dǎo)線對(duì)環(huán)放電;一種是從捆線開(kāi)始沿面閃絡(luò)對(duì)環(huán)放電，第二種放電路徑經(jīng)過(guò)絕緣子表面，閃絡(luò)通道中的火花或電弧可能損壞絕緣子表面絕緣，影響絕緣子性能。

1.2 穿刺電極外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器

穿刺電極外串聯(lián)間隙避雷器，其特點(diǎn)是利用高壓穿刺電極擠壓穿透導(dǎo)線絕緣層接觸芯線，將導(dǎo)線電位引出，避雷器本體高壓端設(shè)置一個(gè)半球電極，高壓穿刺電極與半球電極構(gòu)成串聯(lián)空氣間隙。穿刺電極外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器應(yīng)安裝在線路絕緣子的負(fù)荷側(cè)。但穿刺電極由于需與絕緣導(dǎo)線內(nèi)導(dǎo)線接觸，降低絕緣導(dǎo)線的密封性，且穿刺高壓電極的穿刺齒都比較尖銳，力度不好把控，易損傷鋁導(dǎo)線，降低導(dǎo)線的機(jī)械拉伸強(qiáng)度。

穿刺電極外串聯(lián)間隙避雷器高壓電極的好處是當(dāng)避雷器本體損壞后，如果發(fā)生雷擊事故，能夠?qū)⒏邏阂?，并將工頻續(xù)流電弧引到穿刺電極上燃燒，可避免絕緣導(dǎo)線受燒蝕斷線，引起雷擊事故，達(dá)到二次保護(hù)的特點(diǎn)，但該種情況下不會(huì)降低線路的雷擊跳閘率。

1.3 固定外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器

固定外串聯(lián)間隙避雷器其放電間隙在出廠前就已固定好，安裝時(shí)無(wú)須調(diào)整間隙距離，無(wú)論與何種絕緣子配合，其間隙距離是不變的，避雷器本體帶有連接線，連接線通過(guò)線夾與導(dǎo)線連接，作為高壓引下線，其特點(diǎn)是間隙距離出廠前就已經(jīng)固定，不會(huì)造成間隙距離安裝不當(dāng)，但其需額外增加高壓連接線及連接線夾。耐張桿線桿，轉(zhuǎn)角線桿，其絕緣子兩頭為懸式絕緣子，且一根橫擔(dān)一相上有多只絕緣子，多選用固定定間避雷器;支柱絕緣子也可采用固定間隙外串聯(lián)間隙避雷器，該類產(chǎn)品可有效預(yù)防由于間隙距離的選取不當(dāng)造成的防雷失效問(wèn)題。

2 避雷器本體的電場(chǎng)分布分析

本文采用三維有限元分析[5-6]軟件comsol對(duì)10kV配電線路絕緣子及3種常規(guī)避雷器進(jìn)行分析，查看幾種不同的避雷器在線路上的電場(chǎng)分布情況，為避雷器的選擇應(yīng)用提供優(yōu)化建議。

選擇常用的PS15柱式瓷絕緣子，絕緣子上方為導(dǎo)線，底部與橫擔(dān)電氣連接，PS15絕緣子為4傘絕緣子，傘葉直徑118mm，高度 269mm ，頂端導(dǎo)線上施加相電壓7000V，橫擔(dān)接地。其中空氣的相對(duì)介電常數(shù)為1，瓷絕緣子的相對(duì)介電常數(shù)為6，采用了四面體網(wǎng)格剖分方法，整個(gè)計(jì)算域大小為4m×4m×4m，網(wǎng)格總數(shù)約63萬(wàn)。

計(jì)算發(fā)現(xiàn)環(huán)電極避雷器及穿刺電極避雷器，其空氣間隙位于避雷器本體與高壓導(dǎo)線之間，避雷器本身不直接承受高壓，其周圍的電場(chǎng)較低，要明顯低于避雷器本體直接與高壓相連，間隙位于避雷器本體與地之間的電聲;其中環(huán)電極穿刺電極的尖端處出現(xiàn)局部場(chǎng)強(qiáng)增大，最大可達(dá)1.6kV/mm。

3 結(jié)束語(yǔ)

每一種防雷產(chǎn)品均為配電線路的防雷保護(hù)做出了貢獻(xiàn)，但也各自存在優(yōu)缺點(diǎn)，其中，環(huán)形電極，穿刺電極外串聯(lián)間隙避雷器屬于較常規(guī)的支柱絕緣子用外串聯(lián)間隙避雷器，它們可配合各種支柱絕緣子使用，但該兩種產(chǎn)品對(duì)安裝的要求較高，環(huán)電極避雷器不能偏移，穿刺電極避雷器金具不能損傷導(dǎo)線。

固定外串聯(lián)間隙避雷器既可應(yīng)用于支柱式絕緣子，也可應(yīng)用于懸式絕緣子，此類產(chǎn)品間隙距離固定，不會(huì)因間隙選取不當(dāng)造成產(chǎn)品失效，但安裝上需額外連接線及安裝金具，安裝相對(duì)復(fù)雜，使線路看起來(lái)也更加復(fù)雜，降低了整體線路美觀性。

外串聯(lián)間隙位于高壓與本體之間時(shí)避雷器本體承受的電場(chǎng)較小，優(yōu)于避雷器本體直接與高壓導(dǎo)線接觸的避雷器產(chǎn)品，有利于避雷器的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行;與避雷器配套的電極有尖端或毛刺時(shí)，會(huì)造成局部的場(chǎng)強(qiáng)增大，選擇時(shí)應(yīng)注意電極的打磨作圓滑處理。

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