輸電線路用懸式合成外套氧化鋅避雷器的研制與使用

    2013-01-06 09:37:57 焦作市南瑞電氣有限公司

    摘要:為進一步降低線路跳閘率、提高輸電線路在雷季的運行可靠性,有必要改善線路防雷水平。采用新型合適的防雷措施——線路懸式合成外套氧化鋅避雷器,是一個很好的方法。本文就線路避雷器的選型、安裝及維護三個方面進行了闡述,以使該新技術能進一步推廣應用,確保電網的安全運行。

    前言:上海電網在迅速發展的同時,通過對原有輸電線路的技術改造和維修,使得線路的整體健康水平有較大程度的提高。但重要輸電線路或偏遠地區巡視、檢修困難的線路在每年雷季仍發生雷擊跳閘,對電網構成較大威脅。為降低線路跳閘率、提高輸電線路的運行可靠性,有必要進一步改善線路的防雷水平,采用新型合適的防雷措施。故在90年代后開發線路用懸式合成外套氧化鋅避雷器這項新技術,解決了以往的氧化鋅避雷器采用瓷外套、重量大、只能采用座式安裝這一問題。而合成外套避雷器重量輕、尺寸小,機械和電氣性能優良,很適宜于在線路上懸掛使用。

    為此,我公司自2002年起在多條220kV輸電線路的鐵塔上使用了合成外套氧化鋅避雷器,均安全運行至今。以下就線路用合成外套氧化鋅避雷器的研制選型及使用作一論述。

    一、線路避雷器的研制選型

    線路避雷器主要應用于輸電線路上,懸掛安裝在桿塔上與被保護線路絕緣串相并聯,用于限制雷電過電壓。為滿足懸掛式避雷器重量輕的要求,在考慮避雷器結構時,選擇了結構輕巧的合成外套形式。由于線路避雷器安裝運行分布于各桿塔上,因此要求其運行時幾乎不發生老化現象,以便減少維護與試驗。鑒于以上兩點考慮,線路懸式避雷器總體結構由合成外套避雷器本體和串聯間隙組成。合成外套避雷器本體由具有優異伏安特性的ZnO(氧化鋅)電阻片固定,定位于環氧玻璃纖維芯體內,并在外包覆硫化成型硅橡膠外套。串聯間隙由環電極、空氣間隙和護線條構成。當雷擊桿塔輸電線路時,由于串聯間隙的放電電壓低于線路絕緣子串 50%雷電放電電壓,雷擊使串聯間隙放電,避雷器通過雷電流,釋放并吸收了雷電過電壓能量,從而提高了線路耐雷水平,降低了雷擊跳閘率。正常運行工況時,串聯間隙隔離工頻持續運行電壓,本體不承受電壓,其內的ZnO(氧化鋅)電阻片荷電率幾乎為零,"老化"現象亦幾乎不存在。

    主要參數見表(一)YH10CX-192/560

    同時著重對以下二個方面進行研究:

    1.1串聯間隙研究

    交流輸電線路帶串聯間隙避雷器應有可靠的保護作用,關鍵是串聯間隙放電可靠性要高,則要求:

    (1)當雷擊線路及桿塔接地電阻偏大發生反擊時,避雷器要可靠動作,保護線路絕緣子串不閃絡。串聯間隙的沖擊、操作、工頻放電電壓均應低于線路絕緣子串的放電電壓,但串聯間隙的操作沖擊放電電壓又必須大于系統的操作過電壓幅值。

    (2)避雷器動作后,要盡快可靠的熄弧,恢復正常運行狀態。

    經研究試驗、收集資料及吸取成功的經驗,對本體和串聯間隙的參數、結構設計兩種串聯間隙供選擇:a、棒-棒空氣間隙;b、環電極和空氣間隙。最后確定采用環電極和空氣間隙串聯間隙。通過線路絕緣子串與串聯間隙的絕緣配合、工頻和操作過電壓耐受特性、工頻續流遮斷特性的分析研究,確定串聯間隙的距離:YH10CX-192/560為850mm50mm。

    1.2合成外套及環氧芯體研究

    合成外套氧化鋅避雷器的傘套可選用的材料較多,如聚脂、三元乙丙橡膠、硅橡膠等。經調研比較后,選擇合成絕緣子專用高溫硫化硅橡膠(HTV)作復合外套,這種膠的鍵能高熱穩定性好,有較好的耐污性能及憎水性。

    線路懸式避雷器的機械強度主要是由環氧芯體來承受的,經綜合分析比較,采用環氧玻璃纖維纏繞方式對電阻片進行定位及作為支承結構。這種結構對于承受15倍避雷器自重的拉伸負荷,其裕度是非常大的。

    硅橡膠與絕緣芯體的粘接質量直接影響密封性能,因此我們選擇一種特殊的偶聯劑用于外套與絕緣筒之間,使之形成化學聯接。這樣復合外套整體、一次成型直接硫化在絕緣筒外層,消除了中間氣隙,保證了電氣性能和密封性能。

    二、線路避雷器的安裝選擇

    2.1安裝方式

    雖然線路避雷器的安裝尚無明確的規范要求,但是其安裝總體來說還是較簡單、方便的。耐張桿塔可直接安裝在跳線串上,直線桿塔則根據不同的塔型幾何尺寸加工安裝吊架。安裝方式的原則是:

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    (1)安裝線路避雷器應確保桿塔外絕緣配合,符合有關的安裝流程要求。

    (2)上、下法蘭結構適應各類桿塔需要且應安裝方便、靈活。

    (3)安裝完畢后的避雷器與絕緣子的最小空氣距離不得小于1.5米。

    (4)避雷器的三相接地線宜采用絕緣銅鉸線,該三根銅鉸線串過放電指示儀鐵芯后即可與鐵芯的接地點相連。

    (5)放電指示儀可根據便于觀察與維護原則安裝在適當高度。該指示儀工作后需及時更換。

    2.2安裝的線路與桿塔

    線路避雷器的安裝地點是根據線路的具體運行情況,如歷年雷擊跳閘、易擊地段、易擊桿塔等,并充分利用雷擊定位系統對線路雷擊進行分析,同時結合線路桿塔的相關參數,如地形、桿塔形式、運行電壓、外絕緣配合等因素綜合考慮。我們選擇歷年曾多次發生雷擊跳閘的偏遠輸電線路,并采取在直線桿塔三相橫擔上懸掛安裝的方式。線路安裝的具體情況見下表:

    三、運行維護及注意事項。

    由于空氣間隙的隔離作用,在正常運行狀況下避雷器本體幾乎不受運行電壓,顧可免于定期試驗。

    線路避雷器在投入運行后應定期檢查合成外套是否完好,有無裂紋,是否有脆化、粉化跡象,安裝是否牢固,放電計數器接線是否可靠。在每年3~10月的雷雨季節期間,應有專業運行人員定期觀察。

    在避雷器動作后,需對傘群與護套、放電環、導線進行檢查或作維護,同時作好定期記錄和次數統計,運行記錄與分析,便于今后的運行總結。在運行若干年后或對動作后的避雷器性能有疑問,可按相關標準對其抽檢樣品進行預試檢測。

    四、結論

    目前還缺少線路懸式合成外套氧化鋅避雷器的運行數據,如何有效提高線路耐雷水平有待進一步積累運行經驗。今后尚需做好線路防雷基礎統計工作,及時跟蹤線路避雷器的應用和運行情況,掌握線路的運行狀況,落雷密度與跳閘率關系,跟蹤運行效果,適時進行交流總結,以便使這項線路防雷新技術得到有效推廣應用。

    此外,輸電線路用懸式合成外套氧化鋅避雷器尚需進一步規范和完善相應的技術條件及行業標準,解決其選型(如采用空間隙或合成絕緣子連接等)、通流容量、安裝方式、運行維護等規范性問題,以進一步提高運行可靠性,確保電網的安全運行。

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