带串联间隙金属氧化物避雷器的研究

带串联间隙金属氧化物避雷器的研究

尹照宏 ,张蛟 ,赵长国 ,赵进华,王刚    

云南电网有限责任公司昭通供电局 云南昆明 650000

摘要：通过仿真实验分析，在50%放电电压下实施穿刺避雷器以及环电极避雷器实验，并仿真分析处于差异性接地环境下的避雷器安装后对其绝缘子的影响。结果发现无论是基于单独接地方式或是直接接地，均会在40kA的雷击电流下造成绝缘子闪络，因此则需要安装串联间隙金属氧化物避雷器起到一定程度的避雷作用。

关键词：串联间隙金属氧化物避雷器；接地；过电压

引言：根据供电局当前的运行状态而言，做好10kV的架空线路防雷击措施，能够有效保障供电安全。造成绝缘导线跳闸的原因则是由于在雷击过后促使绝缘导线出现闪络问题，从而产生工频续流电弧。因此在逐渐应用到串联间隙金属氧化物避雷器的过程中，需要做好相应的安装等级研究，并了解接地需求，确保具有良好的防雷作用保障配电安全。

1 供电防雷现状

根据某供电局的供电线路现状进行研究，通过真实性案例，进一步分析在供电线路中的串联间隙金属氧化物避雷器应用需求。某供电线路为10kV架空线路，在近年来的运行中出现了多次的频繁雷击跳闸问题。仅仅是在2021年期间就已经发生了15次因雷击导致的线路跳闸问题。并且在数次雷击跳闸事故中，造成了配电网线路支路断路器的损坏、配电变压器的损毁等，严重影响了正常配电需求。通过对现有技术内容进行研究分析，在实际当中需要做好避雷器的有效安装，从而才能够在一定程度上实现更加稳定的线路供电效果[1]。

现阶段所应用到的避雷器均为氧化物类型，但是由于这样的氧化物避雷器在实际中的质量参差不齐，难以保障以严格的标准适应供电线路的应用需要，且包括成本较高、定期试验难度较大且更换复杂等问题，在一定程度上影响了其大范围的使用。因此面对这样的问题，则需要对串联间隙的金属氧化物避雷器进行全面分析，促使其形成较为良好的稳定应用效果。

2 串联间隙金属氧化物避雷器概述

2.1结构

串联间隙金属氧化物避雷器主要由多重金属电极和空气间隙串联组合形成，包括放电电极、放电间隙支撑板结构等，同时由硅橡胶保护套加以辅助，以简单的材料以及结构等，形成了良好的避雷作用。其中绝缘以及灭弧介质等使用到具有良好自动恢复功能的空气，从而在应用到该避雷器之后，能够有效的解决以往需要定期进行更换或是测试维护等工作的繁琐性。该避雷器的应用，对10kV供电线路的稳定运行提供了良好的安全保障，有效降低雷击跳闸事故发生的概率。

2.2功能

发生雷电事故之后，导通避雷器结构，从而击穿放电间隙，促使雷电电流借助于放电电极以及避雷器进行传递完成接地放电。流通电流之后，避雷器与系统结构承担相同电压的同时，逐渐恢复到正常状态下的高阻值状态。随机关闭放电通道，并恢复绝缘间隙，避免线路出现短路或是跳闸问题。

3 雷电过电压仿真实验

本文中所研究的供电线路参数为10kV状态，构成部分包括电源、架空线、杆塔结构以及绝缘子。由于当前避雷器结构由串联间隙金属氧化物构成，因此在仿真实验过程中，可以忽略电源影响。研究多金属串联削峰降陡型避雷器，掌握金属串联间隙结构灭弧原理，根据现有供电线路的工频续流条件、提升灭弧能力以及降低续流概率等相关有标准，研发生成了适用于工业集中生产的多金属串联削峰降陡型避雷器。开发该型号的避雷器，在一定程度上促使10kV线路防雷击性能逐渐提升，维持可靠且安全的运行状态，尽可能的降低财力物力的损失。

3.1仿真模型

3.1.1雷电流模型

在本文中对相关雷电流模型进行设定，应用到常见的Heidler模型为例，表达公式为

在该公式中对雷击电流进行模拟[2]。

公式中n表示为雷击电流下的陡度因子；Tf表示为雷击波长，代表从零开始直到雷击电流峰值达到最大状态；etan表示为波长产生的时间，代表雷击电流逐渐下降到37%峰值时所发生的时间。在这样的雷电电压仿真模型中，通过模型表示雷电通道并联接地电阻状态，以最常见的IEC波形表示为雷电流状态，且接地电阻的最大值选定为300Ω。

3.1.2线路模型

由于受到雷击作用影响，促使线路上出现了相对较为广泛的电压以及电流频率，本文中主要是针对于配电网中常见的10kV线路进行研究。因此所设计的线路模型则是建立在参数随频率发生变化的JMarti基础上所产生的。通过将线路上的相关参数向模型进行导入，从而则能够生成相应的线路计算模型，同时这一模型也是当前在架空线路仿真实验中最为常见的应用模型之一。

3.1.3避雷器模型

在10kV线路中模拟限压器，则是通过使用MOV模块以及压控开关进行综合模拟上所形成的，适应串联间隙金属氧化物的避雷器，并且该避雷器同样也是限压器参数表示的相关内容。设定13kV的额定电压值。

3.1.4雷电放电电压实验

通过现场选择环电极式串联间隙避雷器以及穿刺避雷器进行放电电压实验，实施两种串联间隙金属氧化物避雷器的有效模拟实验，按照DL/T557-2015的相关要求进行布置并实施实验。

在实验过程中，需要对冲击电压进行调整，从而促使发生器生成所需模型。将实验起始点设定为50%的闪络电压参数。在该参数值的基础上增加冲击，若并无闪络现象发生，则需要重复着增加冲击电压。这一实验环节循环需要经过至少30次以上，并对不同冲击状态下的冲击结果进行记录。

对应不同冲击电压下的冲击次数，确定最为有用的最低电压值，并在后续的实验中反复应用，避免电压参数取值出现较大范围的误差问题。在实验过程中发现，多金属串联间隙氧化物避雷器的应用时，间距保持在60mm，50%放电电压维持在110kV左右，且在绝缘子50%的放电电压中占比为76%，基本符合绝缘配合的相关要求[3]。

3.2仿真分析

安装串联间隙金属氧化物避雷器，使用直接接地方式以及自然接地方式进行对比，用过对配电网杆塔的塔顶电位值进行观察从而获取到最终的影响结果。

自然接地，具有126.8kV电位值，直接接地时的电位值为42.5kV。相较于自然接地电位值，直接接地电位值相对较低。通过这样的现象进行计算，当雷击电流能够达到15kA状态时，自然接地会产生151kV的电位值，远远超出绝缘子的闪络电压，从而造成闪络容易引发跳闸问题。而选择直接接地方式，则能够控制在65.2kV的电位值，从而避免绝缘闪络。但是在超过40kA状态下的雷击电流时，将会导致两种方式同样出现绝缘闪络问题。

由于我国当前在一般出现雷电事故的地区中检测电流值超过15kA时的概率达到67%以上，且超过40kA时的雷击电流值表示为30%以上的概率。因此在一般情况下采用直接接地方式，则能够促使配电线路呈现出相对较为良好的防雷作用。

结束语：通过对串联间隙金属氧化物避雷器进行研究，发现其在10kV线路中具有相对较为良好的应用效果，保障架空防雷水平提升，适用于不同接地方式下的10kV配电线路需要，同时也能够满足杆塔差异性出站距离以及接地电阻的需要。进而在面对多重雷击、强直流雷电以及严酷湿污等环境中均能够形成良好的应用效果，尤其是处于山区运维成本高且工作难度大的环境中，更是具有良好的经济效益表现。

参考文献：

[1]刘素芳,陈康,刘思贤. 10 kV串联间隙金属氧化物避雷器在配电网防雷中的优化配置[J]. 电瓷避雷器,2020,(01):76-81.

[2]关东旭,郭文博,朱长中. 一种复合外套带串联间隙金属氧化物直流避雷器在±800 kV特高压直流输电线路的安装方案[J]. 智能城市,2019,5(11):173-174.

[3]钟雅风,耿莉娜,李爽. 66kV带串联间隙金属氧化物避雷器与电缆过电压绝缘保护配合研究[J]. 东北电力技术,2015,36(02):10-12+41.