110kV线路避雷器在输电线路防雷中的应用研究
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【摘要】随着社会的发展，电力系统的发展越来越快，尤其是在城市中，到处可以看见电力系统的影子，电力系统为人们的生活带来了巨大的便利。随着人们对自然环境的破坏，全球变暖、海平面上升、灾害天气等问题层出不穷，在电力系统中，灾害性天气给电力系统的安全和稳定带来了一定的麻烦，比如说，雷雨天气对电力系统的稳定就产生了很大的不确定性因素。在电力系统的设计和建设中，防雷是其中的一个重要组成部分。本文从110kv的输电线路入手，分析线路避雷器在其防雷中的应用。
1、线路避雷器概述
我国的线路避雷器在经过不断的研发中也取得了不少的成果，研制出了110KV、220KV、500KV的复合外套金属氧化物避雷器，这种避雷器已经在实践中得到了广大的推广和应用。所谓线路避雷器就是在输电线路中，联接于绝缘子两端的一种悬挂安装于输电杆塔上的新型避雷器，它的目的在于提高线路的耐雷水平，降低雷击跳闸率。
雷击杆塔时，一部分雷电流通过避雷线流到相临杆塔，另一部分雷电流经杆塔流入大地，杆塔接地电阻呈暂态电阻特性，一般用冲击接地电阻来表征。遭受雷击时，因接地线过长会有较大的附加电感值，雷电过电压的暂态分量L.di/dt会加在塔体电位上，使塔顶电位大大提高，更容易造成塔体与绝缘子串的闪络，反而使线路的耐雷水平下降。加装避雷器以后，当输电线路遭受雷击时，雷电流的分流将发生变化，一部分雷电流从避雷线传入相临杆塔，一部分经塔体入地，当雷电流超过一定值后，避雷器动作加入分流。大部分的雷电流从避雷器流入导线，传播到相临杆塔。雷电流在流经避雷线和导线时，由于导线间的电磁感应作用，将分别在导线和避雷线上产生耦合分量。因为避雷器的分流远远大于从避雷线中分流的雷电流，这种分流的耦合作用将使导线电位提高，使导线和塔顶之间的电位差小于绝缘子串的闪络电压，绝缘子不会发生闪络，因此，线路避雷器具有很好的钳电位作用，这也是线路避雷器进行防雷的明显特点。
2、不同的安装方式的线路避雷器的不同作用
110KV的线路避雷器是由避雷器本体和串联空气间隙组合而成的，线路避雷器与杆塔塔顶和绝缘子串相并联，不同的安装方式会带来雷云击打时如何对这两者发生作用的三种不同情况。
第一，当雷云击打线路杆塔塔顶时，雷电过电压先作用于线路避雷器，线路避雷器开始发挥作用，线路避雷器将雷电流分流，也就是线路避雷器的钳电位作用，使得导线与塔顶的电位差小于绝缘子串的闪络电压，绝缘子不会发生闪络。
第二，当雷云击打线路杆塔塔顶时，雷电过电压同时作用于线路避雷器和绝缘子串，当雷电过电压的幅值大于等于绝缘子串的50%冲击放电电压时，如果这时线路避雷器能够迅速的发生作用，在绝缘子串闪络之前动作，那么也可以起到防雷的作用。
第三，当雷云击打线路杆塔塔顶时，雷电过电压先作用于绝缘子串，然后再作用于线路避雷器。这种情况就是当雷电过电压的幅值大于等于绝缘子串的50%冲击放电电压时，雷电过电压会直接造成绝缘子串的闪络，线路避雷器也就没有作用了。
这三种形式也是就是看将绝缘子串、线路避雷器、杆塔塔顶以一种特点的形式联结起来。
3、EMTP仿真实验
从前面的描述中可以得知，雷云击打杆塔塔顶时，雷电过电压的流动是与绝缘子串、线路避雷器、杆塔塔顶之间的分布相关的，而且，其中雷电过电压的幅值也是一个关键的因素。在110KV的线路避雷器进行研究中，要得到具体的数据资料，可以采用EMTP仿真实验来完成。
假设某一杆塔的ABC三相都安装了线路避雷器，相邻的杆塔没有安装线路避雷器。系统系数为：额定电压为120KV；UlmA为170kV；10kA残压为308kV；20kA残压为345kV，大电流耐受水平为100kA。杆塔波阻抗150Ω，档距290m。
由EMTP软件可以得出，ABC三相和双避雷线的等值波阻抗分别为：558Ω、581Ω、558Ω、680Ω。从前文的描述中可知，线路的耐雷水平与绝缘子串的50%放电电压、雷电流大小、接地电阻有关。雷电流的大小与当地的地理环境是密切相关的。通过EMTP软件程序，我们利用雷电流波形的计算公式，将接地电阻定位15Ω，通过改变雷电流波头时间得出如下数据：当雷电流波头时间为2/50时，边相、中相、杆塔、避雷线的电流分别为：29.98KA、28.12KA、179.56KA、26.55KA。当雷电流波头时间为3/50时，边相、中相、杆塔、避雷线的电流分别为：28.31KA、27.76KA、170.57KA、26.43KA。当雷电流波头时间为4/50时，边相、中相、杆塔、避雷线的电流分别是：28.11KA、27.21KA、165.66KA、26.16KA。对这些数据进行对比分析，可以看出，当雷电流波头时间越短，电流就会越陡，避雷器上流过的电流就会越多，避雷器就会产生越明显的防雷效果。
取接地电阻为15Ω，雷电流波头时间为3/50，当改变雷电流的幅值时，又可以得出一个什么波形呢？当雷电流幅值是100时，边相、中相、杆塔、避雷线的电流分别是：13.10KA、12.55KA、87.98KA、13.28KA；当雷电流幅值是150时，边相、中相、杆塔、避雷线的电流分别是：21.23KA、20.55KA、133.12KA、20.34KA。当雷电流幅值为200时，边相、中相、杆塔、避雷线的电流分别是：29.54KA、28.87KA、176.78KA、27.10KA。进行分析得出，波形基本无变化，在雷电流幅值不断增大的过程中，避雷器上流过的电流也会不断增大，在整个电流中占有的比例也在相应的提高，这样也说明了避雷器的效果越好。
我们都知道，在防雷措施中，接地电阻也是一个非常重要的因素。通过EMTP程序，采用3/50的雷电流波头时间，雷电流幅值为200KA时，改变接地电阻的大小，得出这样一组数据：当接地电阻为10Ω时，边相、中相、杆塔、避雷线的电流分别为：24.34KA、23.56KA、181.87KA、25.44KA。当接地电阻为20Ω时，边相、中相、杆塔、避雷线的电流分别是：32.87KA、31.56KA、171.13KA、28.12KA。可以看出，当接地电阻越大时，线路避雷器就能发挥出更好的防雷效果。因此在建设时一定要注意接地的电阻大小，尤其是在多雷区、山区等地理环境复杂的地区，尤其要做好接地电阻的工作。
结束语
本文分析的是雷云击打杆塔塔顶时所带来的各种情况，如何正确的运用线路避雷器来更好的提高输电线路的耐雷水平，降低雷击跳闸率是在输电线路的设计中需要认真思考的地方。在110KV输电线路中要做好防雷措施，需要根据当地的具体情况进行分析，优化设计方案，做到既划算又使得线路防雷有一定的保证，促进电力系统的安全稳定运行。
参考文献
[1]吴桂芳，陈巧勇，蓝磊，文习山.110kV线路避雷器在输电线路防雷中的应用研究[J].电瓷避雷器，2002（2）.
[2]陈靓.对电力系统中110kV输电线路在防雷中的探讨[J].中华民居，2012（16）.