腕臂絕緣子用外串聯(lián)間隙避雷器的選擇研究

劉素芳 陳康 亓兆全

摘 要 本文主要針對(duì)腕臂絕緣子的雷電防護(hù)進(jìn)行研究，確定了避雷器的結(jié)構(gòu)及本體的參數(shù)，并通過對(duì)絕緣子及避雷器雷電放電特性進(jìn)行試驗(yàn)探究，最終確定避雷器的間隙距離，從而確定腕臂絕緣子用避雷器的整體結(jié)構(gòu)，并以此可作為其他絕緣子選用避雷器的一種依據(jù)。

關(guān)鍵詞 絕緣子;串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器;雷電放電性能;間隙距離

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速的發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，在“十五”期間，國家就把“發(fā)展城市軌道交通”列入國發(fā)經(jīng)濟(jì)“十五”計(jì)劃發(fā)展綱要，隨著城市化率不斷提高，截止2015年末，我國城市軌道交通累計(jì)通車?yán)锍踢_(dá)3286公里，累計(jì)已有25座城市的112條線路通車運(yùn)行。根據(jù)現(xiàn)已經(jīng)批復(fù)的城市軌道交通項(xiàng)目，以及各地的城市軌道交通建設(shè)規(guī)劃，預(yù)計(jì)到2020年，我國城市軌道交通通車?yán)锍逃型_(dá)到8500公里，比2015年末增長150%以上。

在已開通的地鐵線路中，有很多是建設(shè)在地面及高架橋上，隨著地鐵線路的大量運(yùn)行，鐵路地面及高架橋上架空接觸網(wǎng)雷電過電壓危害日益突出，其中僅津?yàn)I線在2006年全年，就發(fā)生絕緣子損壞31起，直流開關(guān)跳閘閉鎖（重合閘不成功）13起，在2007年發(fā)生絕緣子損壞18起，直流開關(guān)跳閘閉鎖（重合閘不成功）8起。

在架空接觸網(wǎng)桿塔上裝設(shè)避雷器，通過電阻片吸收雷電能量，抑制直流續(xù)流起弧，保護(hù)絕緣子免于雷擊損壞的同時(shí)，可防止線路雷擊跳閘，是一種性能優(yōu)異的雷電防護(hù)措施。

本文專門針對(duì)腕臂絕緣子，通過結(jié)構(gòu)分析對(duì)比，首先確定采用帶串聯(lián)間隙避雷器，然后通過對(duì)絕緣子進(jìn)行50%放電電壓及伏秒特性試驗(yàn)，得出其放電特性，后通過對(duì)帶串聯(lián)間隙避雷器在不同間隙距離下的50%放電電壓及伏秒特性進(jìn)行試驗(yàn)，制定出針對(duì)腕臂絕緣子的防雷避雷器的間隙距離，確保當(dāng)發(fā)生放電閃絡(luò)時(shí)均通過避雷器泄放能量，使絕緣子得到有效的保護(hù)，并以此作為其他不同地區(qū)絕緣子用避雷器選擇的一種參考依據(jù)。

1 避雷器結(jié)構(gòu)及本體參數(shù)的研究

金屬氧化物避雷器從結(jié)構(gòu)上可分為無間隙避雷器[1]和帶串聯(lián)間隙避雷器兩種。對(duì)于變電站內(nèi)使用的避雷器，主要應(yīng)考慮與設(shè)備內(nèi)絕緣的配合，期望避雷器有較好的沖擊響應(yīng)特性和較低的保護(hù)水平，且變電站避雷器用量不大，定期試驗(yàn)維護(hù)的工作量并不繁重，因此變電站中大都選用無串聯(lián)間隙避雷器。接觸網(wǎng)避雷器主要用于保護(hù)接觸網(wǎng)絕緣子，作為外絕緣保護(hù)，采用帶串聯(lián)間隙避雷器能夠滿足絕緣配合要求，相比無間隙結(jié)構(gòu)，帶串聯(lián)間隙避雷器除間隙閃絡(luò)擊穿期間外，電阻片均不承受系統(tǒng)運(yùn)行電壓，避免了電阻片因老化而損壞的問題，延長了使用壽命。另外，接觸網(wǎng)避雷器用量大、維護(hù)困難，采用帶串聯(lián)間隙的結(jié)構(gòu)形式，還能夠減少甚至取消預(yù)防性試驗(yàn)。近些年，我國電力系統(tǒng)在線路防雷中所采用的避雷器多數(shù)選用帶串聯(lián)間隙的結(jié)構(gòu)形式。

國內(nèi)電力系統(tǒng)10kV架空線路的絕緣水平與接觸網(wǎng)非常接近，其常用避雷器的主要參數(shù)能夠滿足接觸網(wǎng)的防雷需求，且運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富，產(chǎn)品成熟、經(jīng)濟(jì)，適合作為接觸網(wǎng)避雷器的選用參照。目前10kV架空線路帶串聯(lián)間隙避雷器的額定電壓多選擇為13kV，標(biāo)稱放電電流為5kA，標(biāo)稱放電電流下殘壓小于等于40kV，方波沖擊耐受150A，大電流沖擊耐受65kA[2]，此參數(shù)，也作為絕緣子用帶串聯(lián)間隙避雷器本體參數(shù)進(jìn)行使用。

2 腕臂絕緣子放電電壓特性研究

2.1 腕臂絕緣子的放電特性研究

（2）伏秒特性試驗(yàn)

試驗(yàn)測量絕緣子的伏秒特性曲線。對(duì)于帶串聯(lián)間隙的避雷器，其雷電沖擊伏秒特性曲線應(yīng)比被保護(hù)的絕緣子雷電沖擊伏秒特性曲線低至少15%，通過對(duì)絕緣子進(jìn)行雷電沖擊伏秒特性試驗(yàn)，作為設(shè)計(jì)帶間隙避雷器的設(shè)計(jì)依據(jù)。對(duì)試品施加雷電沖擊電壓，電壓幅值由低到高，記錄放電電壓和放電時(shí)延，伏秒特性曲線的每個(gè)點(diǎn)取5次放電的平均值。

2.2 腕臂絕緣子用帶串聯(lián)間隙避雷器不同間隙距離的放電性能試驗(yàn)

（1） 不同間隙距離下的50%放電電壓試驗(yàn)

通過調(diào)節(jié)避雷器外串聯(lián)間隙距離H，測得不同間隙距離對(duì)應(yīng)的正極性值;參考絕緣子50%放電電壓值和干弧距離，初步選定避雷器的工作間隙距離。

通過對(duì)串聯(lián)間隙避雷器進(jìn)行雷電放電電壓性能試驗(yàn)，并與腕臂絕緣子的放電電壓性能做對(duì)比，當(dāng)間隙距離為50～60mm時(shí)，無論是50%放電電壓性能還是雷電伏秒特性均能滿足避雷器保護(hù)絕緣子的要求，為了提高避雷器的保護(hù)性能，建議間隙距離取50～55mm。

3 結(jié)束語

通過對(duì)腕臂絕緣子安裝系統(tǒng)及安裝地點(diǎn)的分析，確定了保護(hù)腕臂絕緣子選用的避雷器為帶串聯(lián)間隙避雷器，并確定了避雷器本體的參數(shù)，后通過對(duì)腕臂絕緣子及帶串聯(lián)間隙避雷器正負(fù)極性50%放電電壓性能及正負(fù)極性雷電伏秒特性進(jìn)行試驗(yàn)，通過數(shù)據(jù)對(duì)比，最終建議間隙距離為50～55mm時(shí)，避雷器能夠起到良好的保護(hù)作用，并可以作為其他地鐵線路絕緣子及10kV配電線路絕緣子選用避雷器的一種參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 交流無間隙金屬氧化物避雷器：GB11032-2010[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[2] 交流輸電線路用復(fù)合外套金屬氧化物避雷器：DLT 815-2012[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.