线路避雷器和线路绝缘子合二为一的可行性分析

高度的上限高 16. 7 % (110kV) 或 25. 1 % (220kV) ;
采用高梯度电阻片时 ,有间隙避雷器的结构高度
也与绝缘子相当 。可以认为 ,若避雷器结构合理 ,
则合二为一后不会影响导线对铁塔的距离或影响
不大 。
4 采用高梯度电阻片的可行性
采用高 梯 度 电 阻 片 可 使 电 阻 片 高 度 降 低 一 倍 ,同时也使避雷器本体外套的绝缘 (或电弧) 距 离大大缩短 ,能否符合要求呢 ? 现从检验 、运行工 况和标准规定两方面来分析 。
小电弧距离等已有明确规定 ,由此可估算出复合
绝缘子金具结构高度 ,详见表 1 。
表 1 复合绝缘子参数
电压等级 kV
结构高度 mm
最小电弧距离 金具结构设计
mm
mm
1180 ±15 或Biblioteka 1101240 ±15
1000
220
2150 ±30 或 2240 ±30
1900
180 或 240 250 或 340
为 278mm、335mm、或 380mm , 避 雷 器 结 构 高 度 为
(1188～1510) mm ;220kV 有间隙避雷器本体电阻片
高度为 670mm、720mm 或 763mm ,避雷器结构高度
为 (2170～2643) mm。也列于表 2。
表 2 避雷器的结构高度
电压等级 无间隙避雷器 有间隙避雷器结构高度 mm
240mm。设弹簧及电极高度为 100mm ,则避雷器
结构高度为 (1000～1150) mm。类似方法可估算
出 220kV 无间隙避雷器结构高度 ,详见表 2 。
由文献[ 1 ]可知 ,110kV 有间隙避雷器本体的
直流 1mA 参考电压应不小于 108kV 、130kV 、140kV
或 148kV 。也设实配值比规定值高 3 % ,则实配值
由文献[ 1 ]可知 ,110kV 无间隙避雷器的直流
1mA 参考电压应不小于 140kV 或 157kV 。实配值
比规定值高 3 %即可 ,为 144kV 或 162kV 。设电阻
片梯度为 200V/ mm , 则电阻片高度为 720mm 或
810mm。由表 1 可知 ,金具结构高度为 180mm 或
检验时 ,避雷器本体两端电压即为其直流 1mA 参考电压 。正常运行时 (确切地说 ,避雷器不 放电时) ,避雷器仅有漏电流 ,避雷器本体两端电 压很小 ,内外绝缘均可承受 。避雷器放电时 ,避雷 器流过雷电流 ,避雷器本体两端电压就是电阻片 残压 ,不高于标称放电电流下避雷器残压 。对内 绝缘而言 ,绝缘距离即为电阻片高度 ,虽然短 ,但 放电已表现为沿填充物界面击穿 ,绝缘水平已大 大提高 。对外绝缘而言 ,电弧距离可视为电阻片 、 弹簧及电极的高度之和 ,较内绝缘有所增加 。总
之 ,内外绝缘的检验 、运行工况并不苛刻 。 由文献[ 1 ]可知 ,避雷器本体复合外套的绝缘
耐受电压值 :雷电冲击电压取避雷器本体残压值 的 1. 3 倍 ,工频电压取避雷器额定电压值的 1. 5 倍 。将此计算结果和避雷器本体复合外套的绝缘
(或电弧) 距离一并列于表 3 。由经验可知 ,避雷 器本体复合外套的绝缘可以承受其耐受电压 ,即 采用高梯度电阻片是可行的 。当然 ,真正结论应 以试验结果为准 。
为 111kV 、134kV 、144kV 或 152kV 。设电阻片梯度
为 200V/ mm , 则 电 阻 片 高 度 为 555mm、670mm、
720mm 或 760mm。由文献 [ 1 ]可知 ,110kV 有间隙
避雷器的工频耐受电压不小于 170kV 、雷电冲击
正极性 50 %放电电压不大于 525kV ,以此可确定
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供 用 电
2004 年第 6 期
间隙距离 。实际间隙距离一般为 (4502550) mm。
由表 1 可知 ,金具结构高度为 180mm 或 240mm 的
2 避雷器和绝缘子的抗拉强度
若复合外套避雷器 (对有间隙避雷器而言 ,则 为本体) 采用复合绝缘子的抗拉结构 ,即在复合绝 缘子结构的基础上 ,将环形电阻片组装在芯棒和 外套之间 ,则避雷器就具有绝缘子的抗拉强度。 早期研制的电站用悬挂式复合外套避雷器就是这 种结构 。只不过电阻片的自重使避雷器的拉伸负 荷增加了一些 ,但相对其抗拉强度 (如额定机械拉 伸负荷) 而言 , 所占比例很小 , 不足 0. 5 % , 可忽
1 合二为一的基本条件
首先 (也显然) “, 线路避雷器”应是线路用的 无间隙金属氧化物避雷器 (简称无间隙避雷器) 和 用复合绝缘子作间隙支撑的线路避雷器 (简称有 间 隙避雷器) ,不包括纯空气间隙的线路避雷器 。
其次 ,还应满足下述机械和电气要求 ; 机械 :避雷器应具有绝缘子的抗拉强度 ,以免 “掉线”; 电气 :避雷器的结构高度应与绝缘子相当 ,以 免影响导线对铁塔的距离 。
两倍 ,即 360mm 或 480mm。设弹簧及电极高度为
100mm ,则避雷器结构高度为 (146521890) mm。类
似方法可估算出 220kV 有间隙避雷器结构高度 ,
详见表 2 。
上述分析是基于国内一般情况 。现日本已研
制出大容量 、高梯度电阻片 ,其梯度可达 400V/ mm。
若采用时 ,则 110kV 有间隙避雷器本体电阻片高度
略 。当然 ,也可适当增加芯棒的直径 ,使避雷器具 有更大的抗拉强度 ,留有足够的安全裕度 。
3 避雷器和绝缘子的结构高度
以线路避雷器使用量最多的 110kV 和 220kV
电压等级为例进行分析 。
复合绝缘子的结构高度与瓷和玻璃绝缘子基
本相同 ,故线路避雷器的结构高度与复合绝缘子
对比即可 。文献[ 2 ]对复合绝缘子的结构高度 、最
kV
结构高度 mm 一般电阻片 高梯度电阻片
110
1000～1150 1465～1890 1188～1510
220
1965～2055 2840～3405 2170～2643
对比表 1 、表 2 可知 ,无间隙避雷器的结构高
度与绝缘子相当 (矮变高容易) ;采用一般电阻片
时 ,有间隙避雷器结构高度的下限比绝缘子结构
第 21 卷第 6 期 2004 年 12 月
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线路避雷器和线路绝缘子合二为一的可行性分析
中国电力科学研究院 车文俊
摘 要 本文提出了线路避雷器和线路绝缘子合二为一的基本条件 。通过机械 (抗拉强度) 、电气 (结构高度) 及采用高梯度电阻片可行性的分析 、对比 ,认为合二为一在技术上是可行的 。但从经济 、安全的角度考虑有些 得不偿失 。 关键词 架空线路 ;线路避雷器 ;线路绝缘子 中图分类号 :TM75 文献标识码 :B 文章编号 :1006 - 6357 (2004) 06 - 0019 - 02
表 3 避雷器本体复合外套的绝缘( 或电弧) 距离和耐受电压
电压等级 kV
绝缘 (或电弧) 距离 mm 内绝缘 外绝缘
耐受电压 kV
雷电冲击 (峰值)
工频 rms
110
278～380 378～480 283～385 113～153
220
670～763 770～863 676～770 270～306
与特性》。 收稿日期 :2004 年 8 月 17 日 车文俊 中国电力科学研究院 北京清河小营东路 15 号 100085
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注 :内绝缘放电途径为“沿面击穿”,外绝缘放电途径为“沿面闪络”。
5 问题及经济 、安全考虑
对避雷器而言 ,在机械拉伸负荷作用下 ,芯棒 会伸长 。虽然伸长率很小 (约 1 %) ,但是极易在 电阻片之间产生缝隙 ,使避雷器局部放电量增大 。 可利用电阻片抗压 、芯棒抗拉的特点解决之 ,但不 易控制 。
经过几代人的不懈努力 ,在避雷器和绝缘子 方面已取得了辉煌的成就 。棒形悬式复合绝缘子 在我国的研制 、使用已有约 20 年的历史 。随着环 境的不断恶化 ,其使用量正不断上升 。线路避雷 器的应用则是近几年的事情 。在铁塔接地电阻较 大且易遭受雷击的场合使用线路避雷器 ,可降低 线路的雷击跳闸率 。目前 ,线路避雷器的安装方 式是与线路绝缘子并联 ,实施起来有些麻烦 、也不 太美观 。自然就会想到 ,能否将线路避雷器和线 路绝缘子合二为一 ,即用线路避雷器取代其附近 的且与其并联的线路绝缘子呢 ? 本文通过分析来 回答这个问题 。
6 结论
本文通过分析认为 ,线路避雷器和线路绝缘 子合二为一在技术上可行的 ,但从经济 、安全的角 度考虑有些得不偿失 ,还应慎重 。
参考文献 [1 ]DL/ T 81522002《交流输电线路用复合外套金属氧化物
避雷器》。 [2 ]JB/ T 846021996《高压线路用棒形悬式复合绝缘子尺寸
目前 ,110kV 或 220kV 线路绝缘子的价格为 每只 (串) 几佰元 ,而相同电压等级线路避雷器的 价格为每只 (122) 万元 。合二为一后经济效益不 明显 。
线路避雷器零部件多 ,结构 、运行工况等均比 线路绝缘子复杂 ,在机械拉伸负荷作用下 ,发生故 障的概率比线路绝缘子大 ,对安全运行不利 。